[發(fā)明專利]柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件及其設(shè)計(jì)、制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010795618.7
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN111939482B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶虎;顧馳;周志濤;魏曉玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01J40/06
• 分類號(hào): H01J40/06
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

1.柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件，其特征在于，所述光學(xué)器件(1)設(shè)置于柔性植入式神經(jīng)光電極的柔性聚合物襯底(6)上，所述光學(xué)器件(1)包括：

輸入光柵(2)、波導(dǎo)(4)和輸出光柵(5)，

所述輸入光柵(2)為平行光柵結(jié)構(gòu)，用于耦合預(yù)設(shè)波長(zhǎng)和入射角度的入射光(9)，

所述波導(dǎo)(4)的輸入端與所述輸入光柵(2)耦合連接，所述波導(dǎo)(4)的輸出端與所述輸出光柵(5)耦合連接，

所述輸出光柵(5)為聚焦光柵結(jié)構(gòu)，用于將光耦合、聚焦照射在柔性植入式神經(jīng)光電極的記錄電極上方，提供單細(xì)胞分辨率的光刺激。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件，其特征在于，所述光學(xué)器件(1)還包括：

錐形波導(dǎo)(3)，所述錐形波導(dǎo)(3)的輸入端與所述輸入光柵(2)耦合連接，所述錐形波導(dǎo)(3)的輸出端與所述波導(dǎo)(4)光學(xué)連接，以實(shí)現(xiàn)所述波導(dǎo)(4)的輸入端與所述輸入光柵(2)的耦合連接；

所述錐形波導(dǎo)(3)的輸入端寬度大于輸出端寬度，用于轉(zhuǎn)換光的傳輸模式；

所述波導(dǎo)(4)為矩形波導(dǎo)，所述波導(dǎo)(4)中光的傳輸模式為單模傳輸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件，其特征在于，所述輸入光柵(2)的光柵周期設(shè)置為能夠?qū)︻A(yù)設(shè)入射波長(zhǎng)和預(yù)設(shè)入射角度的入射光(9)進(jìn)行耦合的最大光柵周期，所述輸入光柵(2)的刻蝕深度和占空比的設(shè)置滿足在所述預(yù)設(shè)入射波長(zhǎng)處光的耦合效率條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件，其特征在于，所述輸出光柵(5)選用橢圓形的聚焦光柵結(jié)構(gòu)，所述輸出光柵(5)的光柵周期可變，可變光柵周期的設(shè)置滿足出射光的光強(qiáng)分布焦點(diǎn)與預(yù)設(shè)的光刺激點(diǎn)及電極記錄點(diǎn)匹配，所述輸出光柵(5)的刻蝕深度和占空比的設(shè)置滿足在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)處光的耦合效率條件和聚焦強(qiáng)度條件。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件，其特征在于，所述輸入光柵(2)、所述錐形波導(dǎo)(3)、所述波導(dǎo)(4)和所述輸出光柵(5)的材料均采用氮化硅，所述柔性聚合物襯底(6)的材料采用SU-8光刻膠。

6.柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述光學(xué)器件(1)設(shè)置于柔性植入式神經(jīng)光電極的柔性聚合物襯底(6)上，所述方法包括：

在波導(dǎo)(4)的兩側(cè)分別設(shè)置模式光源(7)和場(chǎng)監(jiān)視器(8)，基于時(shí)域有限差分法進(jìn)行仿真并確定所述波導(dǎo)(4)的尺寸參數(shù)，完成所述波導(dǎo)(4)的設(shè)計(jì)；

在輸入光柵(2)的一側(cè)設(shè)置模式光源(7)，在所述波導(dǎo)(4)的一側(cè)設(shè)置場(chǎng)監(jiān)視器(8)，基于時(shí)域有限差分法進(jìn)行仿真，并優(yōu)化所述輸入光柵(2)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成所述輸入光柵(2)的設(shè)計(jì)；

在所述波導(dǎo)(4)的一側(cè)設(shè)置模式光源(7)，在光刺激點(diǎn)(10)所在的三個(gè)平面均設(shè)置場(chǎng)監(jiān)視器(8)，基于時(shí)域有限差分法進(jìn)行仿真，并優(yōu)化輸出光柵(5)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成所述輸出光柵(5)的設(shè)計(jì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性植入式神經(jīng)光電極的光學(xué)器件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述波導(dǎo)(4)的設(shè)計(jì)包括：

根據(jù)選用的材料和工藝參數(shù)進(jìn)行初始的結(jié)構(gòu)設(shè)置和參數(shù)設(shè)置，所述參數(shù)設(shè)置包括柔性聚合物襯底折射率、波導(dǎo)折射率、波導(dǎo)尺寸、波導(dǎo)表面粗糙度和/或光源波長(zhǎng)；

在所述波導(dǎo)(4)的輸入端設(shè)置模式光源(7)以分析不同光傳輸模式下的波導(dǎo)有效折射率；在所述波導(dǎo)(4)的輸出端設(shè)置場(chǎng)監(jiān)視器(8)以分析不同尺寸波導(dǎo)的傳輸損耗；

基于時(shí)域有限差分法進(jìn)行仿真，并得到第一仿真分析結(jié)果；

根據(jù)所述第一仿真分析結(jié)果確定滿足有效折射條件和傳輸損耗條件的所述波導(dǎo)(4)的尺寸參數(shù)，完成所述波導(dǎo)(4)的設(shè)計(jì)。