[發明專利]基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202111495329.6
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114034642B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 張潔;陳昕陽;孫寧;朱永;王寧
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/65
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

本發明公開了一種基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統，包括激勵光發射器、傳感單元、濾波單元以及檢測單元；所述激勵光發射器的輸出端與傳感單元的輸入端耦合連接；所述傳感單元的輸出端與濾波單元的輸入端連接；所述濾波單元的輸出端與檢測單元的輸入端連接；所述檢測單元包括若干微環諧振模塊以及與若干探測模塊；所述微環諧振模塊包括第一直波導、微環波導以及第二直波導；所述若干微環諧振模塊依次串聯；所述檢測方法，根據對多個波長進行標定后得到的傳輸矩陣與對待測分子進行檢測得到的強度矩陣，進行反演處理，得到拉曼信息矩陣，進而實現對待測分子的檢測與識別。本發明能夠輸出較少的數據，實現對待測分子的準確檢測。

技術領域

本發明涉及分子光譜檢測領域，具體涉及一種基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統及方法。

背景技術

對分子進行光譜檢測，可以實現對分子進行定性以及定量分析，進而實現對物質的特征分析。而通過使用光譜檢測儀對分子進行光譜檢測是目前常見的技術手段，但目前采用的檢測儀器不僅價格昂貴，而且體積大，同時操作也很復雜，嚴重影響到了檢測效率。

而目前利用拉曼散射原理進行分子檢測的檢測系統雖然體積小，使用方便，但也存在如下問題：一種陣列波導光柵的檢測系統，采用多通道設計，損耗較大，同時器件足跡大；一種片上傅里葉變換的光譜檢測系統，不僅功耗大，而且測試時間長。同時，有的檢測系統并沒有濾除拉曼光譜中存在的各種雜質光，導致檢測的光譜信息不夠準確。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統及方法，能夠輸出較少的數據，實現對待測分子的準確檢測，并保證了檢測的準確性與可靠性。

本發明的基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統，包括激勵光發射器、傳感單元、濾波單元以及檢測單元；

所述激勵光發射器的輸出端與傳感單元的輸入端耦合連接；所述傳感單元的輸出端與濾波單元的輸入端連接；所述濾波單元的輸出端與檢測單元的輸入端連接；所述傳感單元的上表面附著有待測分子；

所述檢測單元包括m個微環諧振模塊以及與微環諧振模塊一一對應的m個探測模塊；所述微環諧振模塊包括第一直波導、微環波導以及第二直波導；所述m個微環諧振模塊中微環波導的半徑均不相同；所述微環波導分別與第一直波導以及第二直波導耦合連接；所述微環諧振模塊中第二直波導與探測模塊連接；

第1個微環諧振模塊的第一直波導為檢測單元的輸入端；所述m個微環諧振模塊根據如下方式依次串聯：

第1個、第2個、…、第m-1個微環諧振模塊的第一直波導與第2個、…、第m個微環諧振模塊的第一直波導連接。

進一步，所述傳感單元包括波導結構層以及形成于波導結構層上表面的表面增強拉曼層；所述表面增強拉曼層的上表面附著有待測分子；

所述激勵光發射器的輸出端通過耦合器與波導結構層的輸入端耦合連接；所述波導結構層的輸出端與濾波單元的輸入端連接。

進一步，所述表面增強拉曼層包括金屬納米粒子；所述金屬納米粒子為金納米粒子、銀納米粒子以及銅納米粒子中的一種。

進一步，所述濾波單元包括瑞利濾波器；所述瑞利濾波器用于濾除瑞利光以及激勵光。

進一步，所述探測模塊包括探測器；所述探測器用于探測各種波長的拉曼光信號。

一種基于微環諧振陣列的拉曼光譜片上檢測方法，包括如下步驟：

S1.將n個中心波長待標點輸入到檢測單元進行標定，得到微環諧振傳輸矩陣S_m×n；其中，m為微環諧振模塊的個數；

S2.使用所述檢測系統對待測分子進行檢測，得到待測分子的強度矩陣D_m×1；