[发明专利]基于光强探测的集成光波导微腔传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光传感领域，尤其涉及一种基于光强探测的集成光波导微腔生化传感器。 

背景技术

生物和化学传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。光学传感器是传感技术的重要组成部分，其基本原理是：被测物质与光场相互作用，从而使光场的某些参量(如波长、相位、偏振、光强等)发生变化。 

集成光波导传感器具有抗电磁干扰、耐恶劣环境(如高温、核辐射等)、选择性好、灵敏度高、响应快、便于集成等优点，在临床医学、生物工程、食品工业、环境污染等领域展现出十分广阔的应用前景。集成光波导传感器通常采用干涉或者谐振等原理。采用谐振原理的集成光波导传感器具有灵敏度高，能耗低，易于集成等优点而被广泛地研究。 

基于谐振原理的集成光波导传感器，为了获得高的灵敏度和低的探测极限，通常要求微腔的Q很高(-10⁶)。这使得传感器的制备对工艺的要求很苛刻。基于谐振原理的集成光波导传感器通常还需要高灵敏度的光谱仪或者稳定性高、带宽窄的激光光源。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于光强探测的集成光波导微腔传感器，其是具有高灵敏度、集成度高的光学微腔生化传感器，具有降低了光传感系统的成本、灵敏度很高、探测极限小和降低了工艺要求的优点。 

为达到上述目的，本发明提供一种基于光强探测的集成光波导微腔传 感器，包括： 

一第一3dB光分束器，包括一输入波导、一第一输出波导和一第二输出波导； 

一第二3dB光分束器，包括一光输入波导、一第一光输出波导和一第二光输出波导，所述第二3dB光分束器的光输入波导与第一3dB光分束器的第二输出波导连接； 

一传感微腔，其一侧与第二3dB光分束器的第一光输出波导耦合； 

一样品槽，其用于容置传感微腔； 

一2×1光合束器，包括一第一输入光波导、一第二输入光波导和一输出光波导，所述2×1光合束器的第一输入光波导与传感微腔的另一侧耦合； 

一参考微腔，其一侧与第二3dB光分束器的第二光输出波导耦合，另一侧与2×1光合束器的第二输入光波导耦合； 

所述2×1光合束器的输出光波导的输出光强与第一3dB光分束器的第一输出波导的输出光强的比值作为最终的传感信号。 

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： 

1.本发明设计简单、制备方便、与标准的CMOS工艺兼容、易于集成。 

2.本发明不需要光谱仪、激光器等昂贵设备，从而极大的降低了光传感系统的成本。 

3.本发明的灵敏度很高，探测极限小。 

4.本发明对微腔Q因子等因素的要求很低，降低了工艺要求。 

5.本发明的传感特性对光源的强度、3dB带宽等因素不敏感，降低了光源的要求。 

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中： 

图1是光学微腔生化传感器的结构示意图； 

图2是光谱图，其中： 

图2(a)是入射光源的光谱图； 

图2(b)是第一3dB光分束器的第一输出波导输出光束的光谱图； 

图2(c)是当被测物质为纯净的去离子水(折射率为1.33)时，2×1光合 束器的输出光波导输出光束的光谱图； 

图3是当样品槽内折射率变化为10^-2，2×1光合束器的输出光波导输出光束的光谱图。 

图4是参考微腔下载光束在λ＝1.55μm附近的归一化光谱分布图。 

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种光学微腔传感器，包括： 

一第一3dB光分束器1、一第二3dB光分束器2和2×1光合束器5； 

一传感微腔3和一参考微腔6； 

一样品槽4，该样品槽4用于容置传感微腔3。