[实用新型]基于复合波导光栅的光学生物传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于复合波导光栅的倒模共振技术领域，具体涉及一种基于复合波导光栅的光学生物传感器。

背景技术

近年来，生物医疗水平的快速进步，对生物科学的检测和研究提出了新的要求。随着人们对光学器件研究的深入，使其在生物科学领域也有了广泛的应用。当今，科学研究和经济商品中利用光学原理来实现生物传感的光学器件有很多，例如利用电磁波激发金属表面产生的等离子体基元(SPP)，利用其在金属表面上的传输特性来实现生物传感；利用光子晶体的微腔结构，其具有光子能态密度的可操控性来实现生物传感；利用电磁波对周期性介质结构(光栅)的调控形成的衍射，其共振波长和共振谱宽对应结构参数具有灵敏，连续可调控的特性来实现生物传感，以及其他种类的光学生物传感。

生物医疗的发展对生物传感器提出了一些新的更高要求。现代生物医疗需要更便携、更小巧且更灵敏的传感器，可以通过简单的检测操作手段快速而精确检测出所需的检测结果。现在市场普遍应用的SPP光学传感器，因其本身结构存在的问题(金属对电磁波具有无可避免的高损耗)其灵敏度存在一定的不足。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种基于复合波导光栅的光学生物传感器，该基于复合波导光栅的光学生物传感器能够有效解决光学生物传感器灵敏度不高和品质因数不高的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于复合波导光栅的光学生物传感器，包括复合波导光栅，其特征在于：所述复合波导光栅的基底材料二氧化硅上生长有一层硅薄膜，该硅薄膜的横向正中部位刻蚀有宽度为f_b且纵向长度与硅薄膜纵向长度一致的B区域，B区域的两侧分别均匀等间距f_a刻蚀有多个宽度为f_c且纵向长度与硅薄膜纵向长度一致的C区域，其中f_a+f_b+f_a+f_c＝1μm。

进一步优选，相邻的C区域及相邻的B区域与C区域之间的间距f_a＝0.35μm，B区域的宽度f_b＝0.148μm，C区域的宽度f_c＝0.152μm。

进一步优选，所述基底材料二氧化硅的折射率n₂＝1.48。

进一步优选，所述硅薄膜的折射率n₁＝3.48。

进一步优选，所述复合波导光栅的厚度为d_a＝0.16μm。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：该复合波导光栅在纳米、微米的尺度，利于集成到其它器件上；该复合波导光栅支撑的传感器结构更加简单，做成实际的器件可行性更高；该复合波导光栅支撑的传感器检测时不用严格控制所加样本的体积量，为检测提供了很大便利；由该复合波导光栅支撑的传感器灵敏度比单填充因子的倒模共振和表面等离子体传感器的灵敏度更高，品质因数更大。

附图说明

图1为本实用新型中复合波导光栅的结构示意图；

图2为本实用新型中只改变生物液体折射率(n)一个变量时，共振透射峰随波长的响应曲线；

图3为本实用新型中改变生物液体折射率(n)和光栅填充因子f_a时，共振透射峰随波长的响应曲线；

图4为本实用新型中不同的光栅填充因子f_a对于不同生物液体折射率(n)与波长变化关系的共振透射峰随波长的响应线型曲线；

图5为本实用新型中只改变光栅填充因子f_b时对应的共振透射峰的谱宽图；

图6为本实用新型中只改变生物溶液深度d时对应的共振峰随波长的变化关系图。

具体实施方式

结合附图详细描述本实用新型的具体内容。特殊结构的复合波导光栅，各部分结构参数连续可调，周期性结构也可以任意改变。这样就能实现在光栅结构中的倒模共振透射峰与波长的响应随光栅结构(生物液体折射率)的改变而呈现线型变化，这一特性构成传感的基础；还可以通过调节光栅的填充因子来调控该传感器的灵敏度和品质因数，从而使高灵敏度和高品质因数的光学生物传感器得以实现。