[发明专利]法布里帕罗结构耦合腔传感芯片及其制备方法和检测系统

说明书

本发明属于光学传感器技术领域，具体为一种基于光学游标效应的法布里帕罗结构耦合腔传感芯片及其制备方法和测试系统。本发明的传感芯片包括三块平面反射镜以及两个方形石英微管；两块平面反射镜与两个方形石英微管中间形成传感腔；中间平面反射镜与下部平面反射镜形成参考腔；方形石英微管为中空结构，两端开口，可以与微流空系统结合；本发明可将传统法布里帕罗谐振腔传感芯片的灵敏度进行20‑40倍的放大，避免了传统法布里帕罗谐振腔传感器对高品质因子的需求，可以实现对于超低微量浓度、超小物理量的化学生物试剂的检测；此法布里帕罗结构耦合腔制作方便，操作简单，整体设计成本较低。

技术领域

本发明属于光学传感器技术领域，具体涉及一种法布里帕罗结构耦合腔传感芯片及其制备方法和检测系统。

背景技术

光学传感器技术通常具有快速实时检测、非破坏性以及抗电磁干扰能力强等优点，被广泛应用于物理参数、化学及生物分子的传感。其中基于光学传感技术的法布里帕罗结构耦合腔，由于光学游标效应，耦合腔的灵敏度被极大程度放大。极高的灵敏度使得微弱的信号变化可以被耦合腔有效分辨，因而被广泛应用于各种化学及生物分子的检测。

通常，法布里帕罗谐振腔(Fabry-Pérot resonator,FP)由两块保持高度平行的平面反射镜组成，其中满足谐振条件的光子由于镜面反射被约束在腔内，形成稳定的驻波场。然而，由于在制备法布里帕罗谐振腔时，两块平面反射镜无法保证高度平行而引入额外的光学损耗，导致谐振腔的品质因子急剧下降，谐振腔的分辨率降低。为了克服以上问题，基于法布里帕罗结构的耦合腔由于具有极高的传感灵敏度被广泛的应用于微弱信号的检测。法布里帕罗结构耦合腔由三块平面反射镜组成两个腔。通常一个腔用作传感腔，另一个腔用作参考腔，且两个腔的腔长接近。由于两个法布里帕罗谐振腔之间腔长的微小区别，导致最终输出的光谱为两个谐振腔谐振模式的叠加，类似于游标效应，最终在透射光谱中形成包络，通过监测包络移动进行待测物的检测。此外由于具有极高的灵敏度，因此对于腔中平面反射镜之间的平行度要求不是很高。

常见的法布里帕罗结构耦合腔基于光纤结构，即在光纤中制作三个反射面，从而产生光学游标效应。基于光纤结构的法布里帕罗结构耦合腔通常具有极高的灵敏度和高分辨率，因而被广泛的用于各种物理参数、化学和生物分子传感。尽管基于光纤的法布里帕罗结构耦合腔具有易于集成的优势，然而复杂的制备工艺和脆弱易碎的光纤结构限制了其在光学传感器检测技术领域的实际应用。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种具有极高灵敏度、低探测极限、无标记传感的法布里帕罗结构耦合腔传感芯片及其制备方法和检测系统。

本发明提供的法布里帕罗结构耦合腔传感芯片，是基于光学游标效应技术的，其结构如图1所示；包括三块平面反射镜以及两个方形石英微管，其中，三块平面反射镜为方形，大小一致；三块平面反射镜由石英基底和镀覆在石英基底上的反射膜组成；三块平面反射镜分上、中、下三层平行设置；上部平面反射镜与中间平面反射镜的反射膜向相，两个方形石英微管大小一致，设置于上部平面反射镜与中间平面反射镜之间，且位于两块平面反射镜的边缘处；两块平面反射镜分别与两个方形石英微管的上、下表面粘合，使两块平面反射镜与两个方形石英微管中间形成传感腔；下部平面反射镜的反射膜侧与中间平面反射镜的石英基底粘合，形成参考腔；所述方形石英微管为中空结构，两端具有开口，可以与微流空系统结合；方形石英微管既作为传感腔中两块平面反射镜中间的垫片，又为待测分析物的输送提供微流通道；中间平面反射镜的石英基底作为参考腔中两块平面反射镜中间的垫片。

本发明中，所述平面反射镜的数量为三块，每块反射镜的反射率范围为50％-100％。