[发明专利]用于级联双环生物传感器出入射共孔径多路空间对光系统

说明书

用于级联双环生物传感器出入射共孔径多路空间对光系统属于非成像光学领域。能够实现检测光、级联双环生物传感器、光电探测器三者之间的简便、无损对光。在本发明中，一维振镜位于分光镜的检测光反射光路上；出入射透镜组位于一维振镜的检测光反射光路上；出入射透镜组能够将一维振镜等角度摆转反射的检测光在垂直于出入射透镜组主光轴的方向上等距离且平行于出入射透镜组主光轴出射，同时能够将在垂直于出入射透镜组主光轴的方向上等距离且平行于出入射透镜组主光轴入射的信号光及参考光聚焦于与一维振镜摆转轴对应的一维振镜的反射镜面上；输出透镜位于分光镜的信号光及参考光透射光路上；两个PD分别位于输出透镜的信号光及参考光的输出光路上。

技术领域

本发明涉及一种用于级联双环生物传感器出入射共孔径多路空间对光系统，属于非成像光学系统技术领域。

背景技术

芯片式生物分子检测仪是一种光子集成芯片，具有集成度高的特点，采用芯片式生物分子检测仪检测生物分子，具有样品量小、可多参量同时检测、高通量、免标记等诸多优点，在生物检测、医学诊断、环境监测、食品安全等领域都有广泛的应用。

芯片式生物分子检测仪的核心是级联双环生物传感器，所述级联双环生物传感器由多级双环生物传感器级联而成。在双环生物传感器中，如图1所示，检测光接收端、信号光发出端(Drop)、参考光发出端(Pass)均设置一个耦合光栅1，各个耦合光栅1、传感环2、参考环3之间由波导4连接。在检测过程中，待测生物分子样品置于传感环2中，参考环3空置；来自光源的检测光由光纤5导入到检测光接收端的耦合光栅1中；自信号光发出端的耦合光栅1发出的信号光由光纤5导入到PD_drop(信号光光电探测器)上，并输出信号光光强电信号I_drop；自参考光发出端的耦合光栅1发出的参考光由光纤5导入到PD_pass(参考光光电探测器)上，并输出参考光光强电信号I_pass；由信号处理器根据两个光强电信号得出待测生物分子样品的生物分子信息，判定待测生物分子样品是哪种生物分子。

所谓级联双环生物传感器6则是在一个硅衬底上制作若干双环生物传感器，如图2所示，它们一字排列，各个双环生物传感器的检测光接收端、信号光发出端、参考光发出端朝向一致、等距排列，因而各个耦合光栅1也呈线阵排布。所述级联双环生物传感器6其对光方案如下所述。与所述级联双环生物传感器6的各端对应的各条光纤5组合成一个光纤阵列7，将来自同一光源的检测光分别导入各个双环生物传感器，将来自每一个双环生物传感器的信号光、参考光导入各自的一对PD_drop、I_drop上，再由同一个信号处理器对所接收的各组光强电信号I_drop和I_pass进行处理。可见，所述级联双环生物传感器能够同时检测多个待测生物分子样品。

不过，所述级联双环生物传感器的对光方案存在诸多不足。首先，需要专门制作光纤阵列7，确保每根光纤5与耦合光栅1对准，如利用六维调节架反复调节光纤阵列7的位置，操作繁琐，对准调节工作量大；且依然难以精确对准，造成光能损失；还有可能因光纤5端面与耦合光栅1接触而造成损坏；对准调节完毕，需要用用紫外固化胶将光纤阵列7与级联双环生物传感器6位置关系固定，不论是光纤阵列7，还是级联双环生物传感器6，均无法另行二次利用。其次，一个光源同时为n个双环生物传感器提供检测光，每个双环生物传感器得到的检测光的光能量只有光源发出的光能量的n分之一，之后得到的信号光、参考光的光强势必很弱。第三，与n个双环生物传感器对应，需要配备n对光电探测器(PD)，因此，在现有技术中，实际上还存在一个PD阵列8，如图2所示，这使得现有对光方案结构更加复杂，成本也非常高。

发明内容

为了克服现有级联双环生物传感器对光方案的不足，我们提出一项名称为用于级联双环生物传感器出入射共孔径多路空间对光系统的技术方案，该方案能够分时依次与级联双环生物传感器中的每一个双环生物传感器进行检测光、信号光、参考光的简便、高效、无损伤耦合，只需1对光电探测器即可完成每一个双环生物传感器光强信号的接收和传送。