[发明专利]微谐振器传感器

说明书

技术领域

本发明涉及微谐振器传感器，并且更具体地，涉及用于利用谐振器的折射率中的变化来探测要被测量的材料(也称作“要测量的材料”)的特征的传感器。

背景技术

通常地，谐振器传感器用于通过探测在形成有输入端和输出端的波导的输出端的光强来探测要测量的材料的特征。在这种情况下，光强对应于环形谐振器有效折射率的变化，在行进通过波导的光耦合到与波导间隔分开安置的环形谐振器时会发生该变化。

图1是示出传统微环谐振器传感器的视图。

参照图1，传统的微环谐振器包括主波导110和环谐振器120。主波导110用光纤或光波导构成，并且主波导110的两端分别用作用于接收光信号的输入端和用于输出光信号的输出端。环谐振器120是具有预定半径R的环形状的光波导或光纤，并且环谐振器120具有开口122，该开口的表面是经过界面处理的，以便通过形成环谐振器120的波导或光纤的光可以有效地到达液体或气体，液体或气体是要测量的材料。开口122在构成环谐振器120的光波导或光纤的顶或侧面上形成。微环谐振器传感器能够接受的光传输模式的确定取决于开口122的位置。因此，如果在环谐振器的顶和侧面都形成开口122，则TM和TE模式的光信号都能够被接收。主波导110和环谐振器120彼此间隔开地设置在一个电介质基底上以构成谐振器传感器。

如图1中所示，在传统的微环谐振器传感器中，通过主波导110的输入端输入的光信号沿主波导110前进并耦合到环谐振器120，该耦合取决于与主波导110间隔开设置的环谐振器的谐振条件。此时，输入到环谐振器120的光在形成于环谐振器120上的开口122的经界面处理的表面上与液态或气态的生物材料(生物材料是要测量的材料)反应，并且因此改变了环谐振器120的有效折射率。然后，随着环谐振器120的有效折射率的改变，用于将光从主波导110耦合到环谐振器120的条件发生改变。此时，环谐振器120的有效折射率对应于在环谐振器120的顶和侧表面上反应的材料的浓度发生变化。因此，通过主波导110的输出端输出的光量发生改变，并且因此能够探测材料的特征。以这种方式，如果通过在环谐振器120的开口122使用生物学元件来构成生物感应器，则能够制造使用环谐振器的生物传感器。

因为在具有如图1中所示的四个部分a1、a2、a3、以及a4的传统微环谐振器传感器的环谐振器120内不发生任何反射，所以初始条件是b1＝b3＝a4＝0。因此，示于图1中的微环谐振器传感器的特征函数表示为如下述数学式(Math Figure)所示。

数学式1

[数学.1]

在数学式1中，|k²|是当光信号通过光波导一次时从端口1a1耦合到端口4b4的光信号强度，而|1-k²|是当光信号通过光波导一次时通过而没有被耦合的光信号强度。

此外，环谐振器内的光信号能够用下列数学式表示：

数学式2

[数学.2]

a3-b4e-(αR|jφR)]]>

在数学式2中，a_R是当光信号通过环谐振器的内部一次时发生的损耗，而f_R是当光信号通过环谐振器的内部一次时发生的相位差。

另一方面，从数学式1能够获得下述表达式。

数学式3

[数学.3]