[实用新型]一种多通道激光诱导荧光芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及光传感芯片领域，具体地说，本实用新型涉及一种多通道激光诱导荧光芯片。

背景技术

最近几十年，光学传感器在环境监测、临床医学诊断、食品卫生检测等研发和应用领域发挥了越来越重要的作用。其中，运用激光在传感元件表面产生倏逝波，基于倏逝波特性发展起来的光学生物传感器是生物监测技术的研究热点和国际前沿。倏逝波传感器利用了全内反射光学现象，即光线从光密介质(较高折射率的介质，如波导传感元件)进入到光疏介质(较低折射率的介质，如待测样品)，当入射角大于等于临界角时，入射光将发生全反射，此时，在光密介质与光疏介质的界面，仍然会有部分能量泄露到光疏介质，这部分能量叫做倏逝场。

半导体激光器又称激光二极管，它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。半导体激光器的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。

半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。

基于全内反射原理的荧光标记生物传感器具有检测灵敏度高的优点，得到了广泛研究。这类传感器通常利用倏逝场能量激发传感元件表面捕获的荧光分子，由此建立起与待测样品中污染物浓度的定量关系。由于倏逝场在光疏介质中呈指数衰减，通常渗透深度只有几百nm，因此能够有效隔离及削弱待测样品中的背景干扰，提高检测的灵敏度和选择性。同时，激发光在探测区域发生全反射，易于与激发出来的荧光信号进行区分。基于激光诱导荧光的倏逝波传感器具有很高的检测灵敏度，对痕量污染物具有检测能力。

多指标并行检测具有越来越广泛的应用需求和前景。多指标并行检测中通常需要采用不同的生化反应条件，为了从空间上对不同反应过程进行隔离，需要设计分叉的光路结构，以形成多个光传输通道，也称为多通道激光诱导荧光芯片。研制多通道激光诱导传感芯片的主要技术手段是将入射光耦合进光波导，通过Y型分叉结构设计，将耦合进光波导的一束光分成四个通道。在欧盟第5、6轮框架计划(FP5、FP6)的指引下研发的四通道32指标平面光波导型激光诱导荧光传感芯片是该方面的代表性成果，见附图1，其中，11为激光器，30为光波导元件，21为激光尾纤，4为样品池。该芯片以离子交换工艺在高折射率玻璃表面形成掩埋式光波导结构，然而通过两次Y型分叉结构形成四通道光路，该结构的缺点是芯片制作过程复杂，由于光波导尺寸限制，实现光波导-激光器单模尾纤的耦合非常困难，耦合效率低，严重影响该技术的实用化。

实用新型内容

实用新型涉及一种多通道激光诱导荧光芯片，以解决传统多通道激光诱导传感芯片制作过程复杂、耦合效率低的问题。

本实用新型提供了一种多通道激光诱导荧光芯片，包括：半导体激光器、线产生器和光波导元件，其中，所述半导体激光器、线产生器和玻璃片顺序安装，所述光波导元件为长条形光波导元件，所述光波导元件包括：上表面、下表面、头端面、尾端面和侧面，所述头端面设置在靠近线产生器端，所述头端面与所述光波导元件上表面之间的角度设置为15°～165°，所述上表面与所述下表面平行，所述上表面、下表面及头端面均经过抛光，且所述上表面、下表面及头端面粗糙度Rz小于1.6μm。

进一步地，其中，所述光波导元件由折射率在1.40～2.50范围内的光波导材料制成。

进一步地，其中，所述光波导元件由折射率在1.40～2.50范围内的玻璃制成。

进一步地，其中，所述光波导元件由折射率在1.40～2.50范围内的有机聚合物材料制成。

进一步地，其中，所述光波导元件由折射率为1.51459的光波导材料制成。

进一步地，其中，所述尾端面上涂有吸光材料。

进一步地，其中，所述头端面与所述光波导元件上表面之间的角度设置为30°～60°

相对于现有技术中的多通道激光诱导荧光芯片，本实用新型的优势在于：