[发明专利]一种光学谐振腔传感信号增强方法

说明书

本发明提供一种光学谐振腔传感信号增强方法，包括以下步骤：S1、对与光学谐振腔耦合的光传导元件进行调制，使光传导元件输出基于法诺线型的光谱响应；S2、提取基于法诺线型的光谱响应的极值点位置的波长差，得到模式展宽。本发明通过增加系统稳定性降低耦合损耗波动。将光传导元件与光学谐振腔紧密接触即可，而无需精确控制二者之间纳米级位移精度；本发明相对于洛伦兹线型采用谱线的半高全宽表征模式损耗的大小，非对称的法诺线型采用两个极值点之差衡量模式损耗。在相同的模式损耗条件下，法诺线型的灵敏度更高。

技术领域

本发明涉及生物传感领域，特别涉及一种光学谐振腔传感信号增强方法。

背景技术

基于回音壁模式光学谐振腔的传感方法对开发新型光学生物传感系统具有重要研究价值，其具有的超高灵敏度、光谱分辨能力以及无需荧光标记生物分子的特点不仅可以实现单个生物分子快速检测与表征，而且可以监测生物结合的动力学过程。在这种传感系统中通常采用的传感原理包括监测谐振波长移动，模式劈裂以及模式展宽，其中模式展宽机理通过记录待测物对模式引入的损耗而表现出的谐振谱线半高全宽的变化，这种变化通过实时拟合谐振腔系统的洛伦兹光谱响应获得。

单个光纤或波导模式与单个谐振腔模式耦合产生的光谱响应为洛伦兹光谱响应，这是因为光纤或波导的输出端与谐振腔内耦合出的光在谐振中心波长位置保持着严格的反相，其光学透过率最低，而中心波长附近的光由于没有严格的出射光和谐振腔耦出光反相关系，透过率在中心波长两侧逐渐升高，从而形成对称的洛伦兹光谱响应。洛伦兹光谱响应具有消除共模噪声的效果，可以减少外部系统激光器频率波动、环境温度波动等因素对信噪比的影响。但是，在实际应用中，由于系统稳定改变而导致的耦合损耗的变化、激光器线宽变化以及热非线性变化等会影响洛伦兹光谱响应的检出限。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种光学谐振腔传感信号增强方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种光学谐振腔传感信号增强方法，包括以下步骤：

S1、对与光学谐振腔耦合的光传导元件进行调制，使光传导元件输出基于法诺线型的光谱响应；

S2、提取基于法诺线型的光谱响应的极值点位置的波长差，得到模式展宽。

优选地，光传导元件包括第一光传导元件和第二光传导元件，步骤S1中的调制方法如下：

光源输出的激光通过分束器分别传输至第一光传导元件和第二光传导元件，第一光传导元件和第二光传导元件分别与光学谐振腔耦合，并同时激励光学谐振腔的同一个谐振腔模式，使第一光传导元件和第二光传导元件输出的光谱响应均被调制为基于法诺线型的光谱响应。

优选地，光传导元件为具有多个模式的第三光传导元件，步骤S1中的调制方法如下：

光源输出的激光通过分束器耦合至第三光传导元件，第三光传导元件的两个模式同时与光学谐振腔的同一个谐振腔模式耦合，使第三光传导元件输出的光谱响应均被调制为基于法诺线型的光谱响应。

优选地，光传导元件包括第四光传导元件、第五光传导元件和第六光传导元件，步骤S1中的调制方法如下：

光源输出的激光通过分束器分别传输至第四光传导元件和第五光传导元件，第四光传导元件与光学谐振腔耦合，第五光传导元件与第四光传导元件的输出通过合束器叠加并传输至第六光传导元件，使第六光传导元件输出的光谱响应被调制为基于法诺线型的光谱响应。

优选地，光传导元件为光纤或波导。

优选地，步骤S2中的提取方法如下：

对基于法诺线型的光谱响应进行采样，直接读取采样得到的曲线上的两个极值点对应的波长，计算得到波长差，并得到模式展宽。

优选地，步骤S2中的提取方法如下：