[发明专利]流体光波导结构

说明书

所属领域

本发明涉及一种流体光波导结构，属于微机械电子系统(MEMS)、集成光学领域的流体光波导领域。

现有技术

流体光波导能够为生物检测提供赖于生存的液体环境，同时提供光信息传输的物理通道，近年来得到了广泛的研究。目前研究中的流体光波导的结构包括三种：(1)导波层材料为流体，覆盖层材料为固体；(2)导波层材料为流体，覆盖层材料为流体；(3)导波层材料为流体，覆盖层材料为气体。

由流体导波层和固体覆盖层构成的流体光波导。中国专利(CN200710044173.3)中提出了一种由流体导波层和固体覆盖层构成的流体光波导结构，选择折射率大于固体覆盖层折射率的流体，使得光在流体导波层发生全内反射传播；类似结构还可以参见Datta等人2003年在IEEE SENSORS JOURNAL上第3卷第788-795页发表的文章。或者固体覆盖层利用干涉原理进行光传输，Yin等人在2004年APL 85第3477-3479页上发表的文章中提出了一种由流体导波层和固体覆盖层构成的流体光波导结构，固体覆盖层折射率大于流体折射率，多层覆盖层内的相干干涉使得光在覆盖层发生干涉传播。还可以参见Yin等人在2005年OPTICSEXPRESS上第13期第23号上发表的文章。固体覆盖层组成的流体光波导必须选择合适的材料，或者复杂的制造工艺，使得满足固体覆盖层折射率小于流体的条件。

由流体导波层和气体覆盖层构成的流体光波导。Yang Seung Man等人在欧洲专利(KR20090100956)中提出一种由流体导波层和气体覆盖层构成的光波导。

由流体导波层和流体覆盖层构成的流体光波导，同样采用折射率大于覆盖层流体折射率的导波层流体，满足光在流体导波层发生全反射传播。Wolfe等人获得的美国专利(US2009/0097808A1)提出了在两种流体处于层流状态时具有小的扩散系数，由折射率数值不同的流体分别形成导波层和覆盖层的流体光波导结构。中国专利(200680005292)提出了一种由两种导电性不同的不相溶流体组成的流体光波导，折射率大的流体作为导波层，该结构能够通过电润湿效应改变液体的分界面以改变光的传输特性。Tang等人在2006年APL 88，061112上发表的文章中描述了一种由不同温度的相同流体组成的流体光波导结构。类似结构还可以参见Li等人在2008年APL 93，193901上发表的文章。由流体覆盖层组成的流体光波导，由于流体之间分子的扩散作用，以及温度场的不稳定性，而影响光在流体光波导中的稳定传播。

发明内容

本发明的目的是：针对现有由固体覆盖层构成的流体光波导对固体覆盖层和流体导波层材料有限制，以及由流体覆盖层构成的流体光波导因流体之间分子的扩散作用引起的光传播不稳定的现状，提出一种结构简单，能够在流体微管道中实现光稳定传播的流体光波导结构及其应用方法。

参阅附图1和附图2，本发明的技术方案是：一种流体光波导结构，依次包括基底I1、结构层2和基底II3，结构层2上有与基底I1和基底II3平行的微管道，微管道里充满流体，其两端分别与输入口5和输出口7连通，一对金属电极4分别处在基底I1和基底II3上相应的位置上以直接加热微管道中的流体；金属电极4也可以处在结构层2的两个内壁上，或者金属电极4包覆整个微管道；基底I1上在与结构层2上输入口5和输出口7相应的位置上布有开孔，用于流体的输入和输出。

为了保证金属电极4和流体绝缘，在金属电极4表面覆盖聚合物薄膜8，参阅附图7-9。

本发明的有益效果是：基于流体折射率随流体温度的变化而变化的原理形成流体光波导。通过对金属电极4施加恒定电流导致金属电极4温度升高，由于热量传递，微管道中与金属电极4接触的流体区域温度升高，使得该区域流体的折射率降低，在微管道中的流体形成具有不同折射率的区域，与金属电极4接触的区域构成流体覆盖层11，夹在流体覆盖层之间的流体区域构成流体导波层12；由于流体导波层12与流体覆盖层11之间存在折射率梯度，使得光在流体导波层12中稳定传播。

本发明提出的流体光波导结构，采用流体微管道边缘的电极加热方法，使得接触电极区域流体的折射率发生变化，形成流体覆盖层。在微管道中使用任意同种流体制备流体光波导，使得流体光波导的材料选择性更灵活；通过简单的电路控制，实现光在流体光波导中的稳定传播，为生物细胞及生物大分子的光学检测提供了简便工具。

附图概述

图1为一种流体光波导的结构示意图；

图2为实施例1中流体光波导6的横截面示意图；

图3为图2中B-B截面的剖视图；