[发明专利]一种相位增敏型集成波导光学生化传感器

权利要求书

1.一种相位增敏型集成波导光学生化传感器，其特征在于：

该集成波导光学生化传感器(1)包括光路部分、传感支路和电路部分；

光路部分在集成波导光学生化传感器(1)前部，包括激光器(2)，第一直光波导(3)，第一光波导定向耦合器(4)，第二直光波导(5)，第三直光波导(6)，波导微环(7)，传感池(8)，第二光波导定向耦合器(9)，第四直光波导(10)和第五直光波导(11)，第一光电探测器(12)和第二光电探测器(13)；

电路部分在集成波导光学生化传感器(1)后部，包括第一连接电路(14)，第二连接电路(15)，数据采集与处理单元(16)；

传感支路包括第一传感支路(17)和第二传感支路(18)；第二直光波导(5)与波导微环(7)构成第一传感支路(17)，两者之间处于过耦合状态，波导微环(7)为第一传感支路(17)提供相位增敏功能；第三直光波导(6)为第二传感支路(18)；第二直波导(5)与第三直波导(6)的长度相同；传感池(8)覆盖第一传感支路(17)和第二传感支路(18)；

第一直光波导(3)为光波输入端口，第四直光波导(10)和第五直光波导(11)分别为两个光波输出端口；第四直光波导(10)和第五直光波导(11)长度相同。

2.根据权利要求1所述的相位增敏型集成波导光学生化传感器，其特征在于具有：激光器(2)为单波长激光器。

3.一种相位增敏型集成波导光学生化传感器的传感检测方法，其特征在于，具有如下步骤：

a.激光器(2)输出单波长光波经第一直光波导(3)进入第一光波导定向耦合器(4)分成两路，分别进入第一传感支路(17)和第二传感支路(18)；第一传感支路(17)中光波经第二直光波导(5)耦合进入波导微环(7)，光波在微环波导(7)中传播，相位改变受到增敏作用，然后耦合输出至第二光波导定向耦合器(9)的输入端口；第二传感支路(18)中光波经第三直光波导(6)输出至第二光波导定向耦合器(9)的另一输入端口；

b.第一传感支路(17)和第二传感支路(18)输出的光波经第二光波导定向耦合器(9)耦合分束后进入第四直光波导(10)和第五直光波导(11)；

c.第四直光波导(10)和第五直光波导(11)输出的光波分别进入第一光电探测器(12)和第二光电探测器(13)进行光电转换，得到的光电流分别经第一连接电路(14)和第二连接电路(15)进入数据采集与处理单元(16)转换为光功率值；

d.由第一连接电路(14)进入数据采集与处理单元(16)的光电流转换的光功率值P₁和由第二连接电路(15)进入数据采集与处理单元(16)的光电流转换的光功率值P₂的比值满足

R=P2P1=(|H|+1)2cos2(Φ/2)+(|H|-1)2sin2(Φ/2)(|H|-1)2cos2(Φ/2)+(|H|+1)2sin2(Φ/2)---(1)]]>

其中|H|为波导微环(7)的幅度响应函数，Φ为波导微环(7)的相位响应，分别满足以下公式，

|H|=[1-κ+γ-21-κγcos(φ)1+(1-κ)γ-21-κγcos(φ)]1/2---(2)]]>

Φ=π-φ-arctan[1-κsin(φ)γ-1-κcos(φ)]-arctan[1-κγsin(φ)1-1-κγ(φ)]---(3)]]>

其中κ为第二直光波导(5)与微环(7)的强度耦合系数，γ为微环(7)的光波传输强度损耗因子，φ＝2πNL/λ为光波在微环(7)中的传输相位，L为导微环(7)的周长，λ为激光器(2)输出光波的波长，N为传感池(8)覆盖波导的有效折射率；

待测生化样品溶液的浓度不同，其折射率相比于没有待测样品的纯液体的折射率差值Δn_c不同，使得波导的有效折射率N不同，波导微环(7)的相位响应Φ则不同，进而引起第四直光波导(10)和第五直光波导(11)输出光功率的比值R不同；利用两路光功率的比值R，计算得到待测样品溶液的折射率变化量Δn_c，进而获得待测生化样品的浓度。