[发明专利]基于光强探测的高灵敏度传感系统

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高灵敏度传感系统。 

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高灵敏度、集成度高的传感系统，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，本发明提供了一种基于光强探测的高灵敏度传感系 统，包括： 

一光源； 

一第一3dB光分束器，其输入端与光源连接，用于光的分束； 

一第一光功率计，其输入端与第一3dB光分束器的第一输出端连接； 

一传感芯片，其输入端与第一3dB光分束器的第二输出端连接； 

一第二光功率计，其输入端与传感芯片的输出端连接； 

一处理器，其输入端与第一光功率计和第二光功率计的输出端连接，用于对数据的处理、分析。 

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是结构示意图，其中： 

图1(a)是基于光强探测的高灵敏度传感系统的结构示意图； 

图1(b)是传感芯片的结构示意图； 

图2是光谱图，其中： 

图2(a)是入射光源的光谱图； 

图2(b)是进入第一光功率计的光束的光谱图； 

图2(c)是当被测物质为纯净的去离子水(折射率为1.33)时，进入第二光功率计的光束的光谱图； 

图3是当样品槽内折射率变化为10^-2，进入第二光功率计的光束的光谱图； 

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，本发明提供一种基于光强探测的高灵敏度传感系统，包括： 

一光源1； 

一第一3dB光分束器2，其输入端与光源1连接，用于光的分束； 

一第一光功率计3，其输入端与第一3dB光分束器2的第一输出端21连接； 

一传感芯片4，其输入端与第一3dB光分束器2的第二输出端22连接； 

一第二光功率计5，其输入端与传感芯片4的输出端连接； 

一处理器6，其输入端与第一光功率计3和第二光功率计5的输出端连接，用于对数据的处理、分析。 

第一3dB光分束器2的输入端通过光纤与光源1相连接，第一3dB光分束器2的第一输出端21通过光纤与第一光功率计3相连接，第一3dB光分束器2的第二输出端22通过光纤与传感芯片4的输入端相连接。传感芯片4的输出端通过光纤与第二光功率计5相连接，第二光功率计5和第一光功率计3记录的数据导入处理器6后，进行传感数据的处理分析。 

其中第一3dB光分束器2是光纤3dB光分束器或光波导3dB光分束器。