[發(fā)明專利]一種基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110503256.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113109296B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昊;陳曈;李珊珊;林煒;劉波;劉艷格;王志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45;G01N21/03
• 代理公司: 天津耀達(dá)律師事務(wù)所 12223
• 代理人: 侯力

1.一種基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于所述傳感器由三個(gè)相互耦合的薄壁毛細(xì)管構(gòu)成的耦合系統(tǒng)，其中一個(gè)為控制通道，其余均為折射率傳感通道；當(dāng)各通道內(nèi)回音壁模式的品質(zhì)因數(shù)處于同一數(shù)量級(jí)時(shí)，其相互耦合作用將導(dǎo)致游標(biāo)效應(yīng)，該耦合系統(tǒng)的光場(chǎng)振幅透過率為

其中t_w1和t₁分別代表波導(dǎo)模式和控制通道內(nèi)回音壁模式的自耦合系數(shù)，κ₁為波導(dǎo)模式和控制通道內(nèi)回音壁模式間的耦合系數(shù)，α₁是控制通道內(nèi)回音壁模式循環(huán)一周的光場(chǎng)振幅透過率，為控制通道內(nèi)回音壁模式循環(huán)一周的光場(chǎng)相位，t₂₃₁和t₃₂₁分別為第一傳感通道(2)和第二傳感通道(3)內(nèi)的回音壁模式光場(chǎng)振幅透過率：

其中t_w2、t₂和κ₂分別表示控制通道內(nèi)回音壁模式和第一傳感通道(2)內(nèi)回音壁模式的自耦合系數(shù)以及二者間的耦合系數(shù)，t_w3、t₃和κ₃分別為控制通道內(nèi)回音壁模式和第二傳感通道(3)內(nèi)回音壁模式的自耦合系數(shù)以及二者間的耦合系數(shù)，α₂和α₃分別為兩個(gè)傳感通道內(nèi)的回音壁模式循環(huán)一周的光場(chǎng)振幅透過率，和分別是兩個(gè)傳感通道內(nèi)回音壁模式循環(huán)一周的光場(chǎng)相位，t₃₁為順時(shí)針耦合時(shí)第二傳感通道(3)內(nèi)的回音壁模式光場(chǎng)振幅透過率，t₂₁為逆時(shí)針耦合時(shí)第一傳感通道(2)內(nèi)的回音壁模式光場(chǎng)振幅透過率：

其中t_w4、t₄和κ₄分別表示兩個(gè)傳感通道內(nèi)回音壁模式的自耦合系數(shù)以及二者間的耦合系數(shù)，t_1a和t_1b分別為順時(shí)針耦合與逆時(shí)針耦合時(shí)控制通道內(nèi)的回音壁模式光場(chǎng)振幅透過率：

耦合系統(tǒng)透射光譜的光強(qiáng)透過率為T_out＝|t_out|²，當(dāng)控制通道和傳感通道腔體中的回音壁模式滿足相位匹配條件時(shí)，包絡(luò)峰值強(qiáng)度將達(dá)到極大值，其中k為整數(shù)，和分別為控制通道和待測(cè)傳感通道腔體中回音壁模式光場(chǎng)的相位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于微流通道所使用的毛細(xì)管基底材料為純石英，其在1550nm處折射率為1.444，毛細(xì)管截面外徑為120μm，壁厚為1.4μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于當(dāng)傳感通道內(nèi)樣品折射率發(fā)生改變時(shí)，游標(biāo)包絡(luò)峰會(huì)發(fā)生相應(yīng)漂移，且其漂移量遠(yuǎn)大于諧振峰的漂移量，據(jù)此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品折射率的高靈敏度傳感。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于各傳感通道分別擁有各自的透射光譜包絡(luò)峰，彼此串?dāng)_極小，可以同時(shí)進(jìn)行獨(dú)立傳感。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于當(dāng)改變控制通道填充的液體折射率時(shí)，游標(biāo)包絡(luò)將發(fā)生整體漂移，利用這一機(jī)制可保證包絡(luò)峰處于光譜探測(cè)設(shè)備的工作范圍內(nèi)，從而擴(kuò)展折射率的傳感范圍。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多腔耦合游標(biāo)效應(yīng)的多通道微流傳感器，其特征在于存在一系列由包絡(luò)峰的級(jí)次決定的臨界折射率，在臨界折射率兩側(cè)，包絡(luò)峰隨待測(cè)樣品折射率的增大發(fā)生相反的波長(zhǎng)漂移響應(yīng)，而當(dāng)樣品折射率接近臨界折射率時(shí)，傳感靈敏度無上限，據(jù)此在臨界折射率附近可以獲得無上限超高靈敏度。