[发明专利]基于级联微腔的数字式集成光波导传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于级联微腔的数字式集成光波导传感器，属于光传感领 域。

背景技术

在药物开发、环境监测、食品安全检测等领域，可靠的测试手段不可或缺， 而传感技术正是其核心技术。利用先进传感技术，可以对物质成分/浓度等进行 实行定性或定量分析。光学传感是传感技术的重要分支，其基本原理是：当被 测物质与光场作用时，导致光信号某些参量(如强度、波长、相位、偏振态、 模式分布等)的变化。

在众多不同形式的光学传感器中，集成光波导传感器是目前最受关注的一 种类型。集成光波导传感器通常采用谐振或干涉原理，如各种微腔结构、马赫- 泽德干涉仪(MZI)等。其中，微腔具有结构紧凑、灵敏度高、可阵列化等优势。

一般来讲，主要有两类传感方式：标记型和无标记型。前者需要在检测前 对被分析物进行特殊标记，通过检测标记物的量变来检测被分析物，因而具有 成分分辩能力和高灵敏度的特点，但检测过程相对复杂。而无标记型传感器的 原理是直接测定被测对象引起的光学信号变化(如抗原抗体等生物组合形成时 的物理、化学变化)，无需特殊标记，故具有制备和操作简便的优点，适用于 持续性在线监测。

无标记工作模式为：将被测样品覆盖于光波导表面，当被测样品浓度或成 分变化时，其折射率也会发生相应变化Δn，从而引起光波导有效折射率变化 Δneff=Δn(∂neff/∂n).]]>利用特定的光路，则可将光波导有效折射率变化Δn_eff转化为 光强或谐振波长的变化量(Δλ=Δneff(∂λ/∂neff)),]]>进而可以通过频谱仪或光强计 进行检测。

对于常规的微环传感器，通常是通过测试微环谐振波长的漂移获得被测物 理量的大小。此时，对于高灵敏度传感应用，价格昂贵的高分辨率(如0.01nm) 光谱仪就往往成为不可或缺的重要检测仪器，这阻碍了光学传感系统微型化、 便携化和低成本化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度的基于级联微腔的数字式集成光波导 传感器。

本发明的基于级联微腔的数字式集成光波导传感器，包括一个恒定微腔、 一条输入波导、n个传感微腔、n条连接波导、n条输出波导和n个样品槽，n≥1； 每一个传感微腔分别置于样品槽当中，输入波导位于恒定微腔的一侧，输入波 导的一端与恒定微腔相耦合，另一端为整个光波导传感器的光源接入端；n条连 接波导的一端各自与恒定微腔相耦合，n条连接波导的另一端分别与n个传感微 腔相耦合，n条输出波导的一端分别与n个传感微腔相耦合，n条输出波导的另 一端均为传感信号出射端。

上述的恒定微腔可以是微环、微盘、微球或光子晶体微腔，或者是微环、 微盘、微球和光子晶体微腔的任意两个或多个的组合。

上述的传感微腔可以是微环、微盘、微球或光子晶体微腔，或者是微环、 微盘、微球和光子晶体微腔的任意两个或多个的组合。

本发明中，传感微腔与输出波导之间的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方 式是横向耦合或垂直耦合；传感微腔与连接波导之间的耦合是基于倏逝波耦合， 其耦合方式是横向耦合或垂直耦合。