[发明专利]基于有源微管的谐振式光微流体传感装置和方法

权利要求书

1.一种基于有源微管的谐振式光微流体传感装置，其特征在于该传感装置包括：

泵浦光源：采用980nm激光器，为有源微管提供泵浦光，以实现微管内部掺杂介质的粒子数反转分布，光源单模输出功率0~850mw；

辅助定位光源：采用650nm半导体激光光源，用作定位泵浦光耦合位置的参考光源；

光纤耦合器：用于将泵浦光源和辅助定位光源所发出的光合成一束并传输到准直扩束装置中；

准直扩束装置：用于对光纤耦合器传输过来的光进行准直扩束，形成平行光；

角度调节台：准直扩束装置安装在角度调节台标有刻度的半圆形轨道上；通过改变准直扩束装置在轨道上的位置改变入射光的角度，进而选择泵浦光的模式；

耦合棱镜：准直扩束装置中出射的平行光以一定角度射入耦合棱镜表面并发生全反射，全反射时产生的倏逝波耦合进入有源微管中，有源微管与棱镜端面平行且间距在50~100nm之间；

有源微管：安装在有源微管夹持架上，耦合棱镜全反射产生的倏逝波耦合进入有源微管中；微管成分为掺有增益介质的石英，一般有掺铒、掺镱、铒镱共掺三种掺杂方式；有源微管一方面作为产生激光的谐振腔和工作介质，在该有源微管管壁内，满足谐振条件的光波长形成稳定的能量分布模式，并在微管内表面附近形成倏逝场以进行光微流体传感；另一方面还作为样品的输送通道，在微管内腔中输送待测样品；

有源微管夹持架：用于夹持有源微管，并调节与耦合棱镜的耦合距离；

聚焦装置：有源微管中出射的信号光被聚焦装置收集并输入到光谱分析装置，聚焦装置安装在角度调节台的半圆形轨道上；

光谱分析装置：用于分析聚焦装置收集的信号光光谱，通过检测光谱中谐振峰的漂移量，实现对待测样品浓度的检测。

2.基于有源微管的谐振式光微流体传感装置，其特征在于该传感装置采用掺杂微管作为光微流体谐振腔。

3.一种依据权利要求1所述装置的基于有源微管的谐振式光微流体传感方法，其特征在于该方法的具体过程如下：

第1、泵浦光源和辅助定位光源发出的光通过光纤耦合器入射到准直扩束装置，准直扩束后形成平行光入射到耦合棱镜上；

第2、通过调节准直扩束装置在角度调节台上的位置改变入射角，调节时利用辅助定位光源形成的光线和光斑确定调节量；

第3、泵浦光通过耦合棱镜产生倏逝波，倏逝波耦合进入与棱镜端面平行且相距100nm左右的有源微管中，泵浦激发实现增益介质粒子数反转，满足回音壁谐振模条件且在增益谱内的光在其中不断放大，最终形成激光振荡。通过在有源微管内壁固化生物检测试剂，当被检测生物分子流过时，与检测试剂发生的反应将改变内壁表面折射率，有源微管回音壁谐振模的谐振波长将发生漂移，导致输出激光波长漂移；

第4、形成的激光再次通过耦合进入棱镜中并且以一定角度出射，被聚焦装置汇聚收集并传入到光谱分析装置，测出激光谐振波长的变化，从而计算出折射率的变化，根据折射率与生物分子浓度的关系，最终分析出生物化学微流体浓度和反应信息。