[实用新型]一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光生化传感技术领域，具体涉及一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器的设计。

背景技术

光学生化传感器已经应用于生化传感器的诸多领域，成为当今光学传感器件的重要组成部分，并且被广泛应用于民用和军事领域。如何缩小光学生化传感器件的结构尺寸，实现大的探测范围和高的传感灵敏度是实现光学传感器件小型化、实用化的关键技术问题。光学生化传感器是一种把待测生化物质所表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器，用现代微电子和自动化仪表技术进行信号的再加工，构成各种可以使用的生化传感器分析装置、仪器和系统。生化传感器通常是对气体、液体、生物大分子等微流体进行检测，其原理在于待测样本中生物化学分子会引起光学生化传感器中光波传输性质的改变，其表现为光学生化传感器的倏逝场发生变化，也即将样本中的生物化学分子浓度信号转换为光信号变化，通过测量光场的变化量就可以知道待测物质的信息。目前光学生化传感器的光波导结构有马赫曾德尔干涉型、光栅、以及法布里-珀罗（FP）腔、环形腔、表面等离子体共振等结构。对基于光学谐振腔结构，如FP腔，环形腔等的光学生化传感器而言，谐振效应的引入可使光信号在光学谐振腔内不断谐振和放大，因此等效于光学生化传感器探测长度的增加，更能引起相位或强度等光信号变化到可探测的量值，进而实现在小尺寸光学生化传感器上达到较好的传感性能，另外小尺寸的光学生化传感器也便于光学生化传感器系统的小型化与微型化，将有效地降低系统成本。

但是基于现有的单一螺旋结构和微环谐振腔结构，其自由光谱范围小，可探测的动态范围小，器件制作的难度大且难以实现器件小型化和便携化，不利于对各种生物、化学成分进行简便操作。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有单一螺旋结构和微环谐振腔结构自由光谱范围小、难以实现小型化轻便化的缺点而提供一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器，包括一条输入直波导、第一右半圆环波导、第一直波导、第一左半圆环波导、第二直波导、第二右半圆环波导、第三直波导、第二左半圆环波导以及一条输出直波导，所述输入直波导、第一直波导、第二直波导、第三直波导以及输出直波导相互平行；所述第一右半圆环波导的两端分别延伸出输入直波导的第二端和第一直波导的第二端，所述第一左半圆环波导的两端分别延伸出第一直波导的第一端和第二直波导的第一端，所述第二右半圆环波导的两端分别延伸出第二直波导的第二端和第三直波导的第二端，所述第二左半圆环波导的两端分别延伸出第三直波导的第一端和输出直波导的第一端，所述输入直波导的第一端作为输入端，所述输出直波导的第二端作为输出端；

所述第一直波导和第三直波导构成第一方向耦合器，所述第二直波导和输出直波导构成第二方向耦合器，所述第一左半圆环波导、第一方向耦合器、第二方向耦合器以及第二右半圆环波导构成内环跑道型形谐振腔，所述第二右半圆环波导、第一方向耦合器、第二方向耦合器以及第二左半圆环波导构成外环跑道型形谐振腔。

进一步的，所述第一右半圆环波导的半径为R1，第一左半圆环波导的半径为R2，第二右半圆环波导的半径为R3，第二左半圆环波导的半径为R4，所述R1＜R2＜R3＜R4。

进一步的，所述第一直波导的长度为Lc1，第二直波导的长度为Lc2，第三直波导的长度为Lc3，输出直波导的长度为Lc4，所述Lc1＜Lc2＜Lc3＜Lc4。

进一步的，所述波导为无源脊形波导或条形波导。

本实用新型的有益效果：本实用新型一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器通过采用一条螺旋波导结构构成的双跑道型谐振腔，由于游标效应，使得二者的传输谱叠加，获得具有宽自由光谱范围和高灵敏度的谐振峰，通过测量这种具有高灵敏度的谐振峰的漂移，从而测得波导内模式有效折射率的变化，进一步获得被测物质折射率和浓度的信息；另外，由于采用了波导的螺旋结构，使得可以在达到相同传感性能的条件下，大大减小光学生化传感器的体积，有利于实现生化传感器的微型化与片上传感系统，因此，本实用新型与其他的生化传感芯片相比，具有制作工艺标准化、价格低、体积小、便于集成化、传感性能优。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器的结构示意图；

图2是本实用新型背景技术中单一耦合跑道型结构的传输谱示意图；

图3是本实用新型实施例的一种基于螺旋跑道型干涉结构的光学生化传感器的传输谱示意图；