[发明专利]光学微腔生化传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光传感领域，尤其涉及一种高灵敏度的光学微腔生化传感器。

背景技术

化学和生物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、光强、偏振等)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)、灵敏度高、选择性好、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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度的光学微腔生化传感器，具有易于集成、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。

本发明提供一种光学微腔传感器，包括：

一第一3dB光分束器和一第二3dB光分束器；

一传感微腔，该传感微腔的一侧与第一3dB光分束器的端口1耦合，该传感微腔的另一侧与第二3dB光分束器的端口1耦合；

一参考微腔，该参考微腔的一侧与第一3dB光分束器的端口2耦合，该参考微腔的另一侧与第二3dB光分束器的端口2耦合；

一样品槽，该样品槽用于容置传感微腔；

一参考槽，该参考槽用于容置参考微腔；

其中传感微腔与参考微腔的自由频谱宽不同，入射光由第一3dB光分束器输入，经分束后分别与传感微腔和参考微腔相耦合；耦合进入传感微腔和参考微腔的光分别耦合进入第二3dB光分束器的端口1和端口2，两束光经第二3dB光分束器干涉后作为传感信号输出。

2.根据权利要求1所述的光学微腔生化传感器，其中传感微腔是微环、微盘、微球或光子晶体微腔。

其中参考微腔是微环、微盘、微球或光子晶体微腔。

其中传感微腔与第一3dB光分束器端口1的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式为横向耦合或者垂直耦合。

其中传感微腔与第二3dB光分束器端口1的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式为横向耦合或者垂直耦合。

其中参考微腔与第一3dB光分束器端口2的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式为横向耦合或者垂直耦合。

其中参考微腔与第二3dB光分束器端口2的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式为横向耦合或者垂直耦合。

其中用于制作该光学微腔生化的材料是SOI、有机物或者硅基二氧化硅。

本发明的有益效果是：

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.本发明对光谱仪分辨率的要求很低，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、临界耦合条件等因素的依赖小，降低了工艺要求。

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是高灵敏度光学微腔生化传感器的结构示意图。

图2是当样品槽和参考槽中的物质折射率相同时，参考光束、传感光束和最终输出光束的频谱响应图。其中，(a)为参考光束，(b)为传感光束，(c)为最终输出光束。

图3是当样品槽和参考槽中的物质折射率差为10^-4时，参考光束、传感光束和最终输出光束的频谱响应图。其中，(a)为参考光束，(b)为传感光束，(c)为最终输出光束。

图4是当传感器的微腔损耗很大(A＝0.95，A为光在传感器一周的光损耗)、Q因子很低(～8×10³)、且不在临界耦合条件下、传感微腔内折射率变化为10^-4时，参考光束和最终输出光束的频谱响应图。其中，(a)为参考光束，(b)为1.552μm波长附近的参考光束，(c)为最终输出光束。

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和一第二3dB光分束器4；