[发明专利]一种应用于智能手机上的光波导生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于级联双环谐振腔的集成光波导生物传感器，尤其涉及一种可应用于智能手机上的集成光波导生物传感器。

背景技术

在智能手机是人们日常生活中主要通讯工具的今天，手机传感成为科研工作者感兴趣的新型领域。传感器可使手机成为在社交网络、绿色应用、全球环境监控、个人和公共医疗、电子游戏、虚拟现实和智能交通系统领域下一代革命的中心。手机是无处不在的移动设备，目前有数以百万计的人在世界各地使用。过去的几年中在移动设备中安装传感器已经成为越来越普遍的现象，手机可以用于传感器的信息获取，信息处理以及和周边的人共享数据信息。当今，中高端的智能手机都集成了很多专门的传感器，如：环境光传感器，加速度计，指纹识别、数字罗盘，陀螺仪，GPS，麦克风和摄像头。

医疗健康是人们一直关注的问题。在移动设备终端集成具有生物检测功能的传感器，实时监控健康数据，是目前各大移动终端设备公司(如三星、苹果)研究的热点。基于集成光波导器件的传感器，以其体积小、灵敏度高、易于与手机或手表等移动设备集成而备受关注。但是传统的集成光波导传感器需要测量光谱信息的光谱仪，或者需要高稳定的激光器作为光源，这些都大大增加了移动设备的成本。

发明内容

本发明的目的在于针对目前移动手机除了作为移动通信终端外，正向个人传感平台发展的趋势，提供一种可用于智能手机上的集成光波导生物传感器。此传感器可使用智能手机的LED闪光灯作为输入光源，摄像头作为探测器，通过测量光强度变化检测被测物质的变化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机、光波导生物传感器芯片、固定夹具和聚焦透镜；其中，所述智能手机的LED闪光灯和摄像头分别作为光波导传感器芯片的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片包括光栅耦合输入波导、Y分支波导和多个传感器芯片单元；Y分支波导的输入端连接光栅耦合输入波导，每个输出端连接一传感器芯片单元；每个传感器芯片单元包括与Y分支波导的输出端相连的光栅耦合参考光输出波导，与Y分支波导的输出端波导相耦合的参照环形谐振腔、与参照环形谐振腔相耦合的连接波导、与连接波导相耦合的传感环形谐振腔、与传感环形谐振腔相耦合的光栅耦合信号光输出波导；所述传感环形谐振腔上开有传感窗口，传感环形谐振腔的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口被微流通道覆盖；被测液体通过微流通道引入传感环形谐振腔，传感环形谐振腔中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道具有被测液体的输入端和输出端；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合参考光输出波导和光栅耦合信号光输出波导组成一光栅耦合输出波导阵列；所述固定夹具将光波导生物传感器芯片固定在智能手机上，使智能手机中LED闪光灯发出的光经过聚焦透镜后，透过光波导生物传感器芯片的基板汇聚到光栅耦合输入波导上，且使光波导生物传感器芯片的光栅耦合输出波导阵列的输出光透过基板后成像于智能手机的摄像头的探测器阵列中。

一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机、光波导生物传感器芯片、固定夹具和聚焦透镜；其中，所述智能手机的LED闪光灯和摄像头分别作为光波导传感器芯片的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片包括多个传感器芯片单元；每个传感器芯片单元包括光栅耦合输入波导、与光栅耦合输入波导相耦合的参照环形谐振腔、与参照环形谐振腔相耦合的连接波导、与连接波导相耦合的传感环形谐振腔、与传感环形谐振腔相耦合的光栅耦合信号光输出波导；所述传感环形谐振腔上开有传感窗口，传感环形谐振腔的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口被微流通道覆盖；被测液体通过微流通道引入传感环形谐振腔，传感环形谐振腔中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道具有被测液体的输入端和输出端；所述光栅耦合输入波导的直通输出端与光栅耦合参考光输出波导相连接；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合参考光输出波导和光栅耦合信号光输出波导组成一光栅耦合输出波导阵列；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合输入波导组成一光栅耦合输入波导阵列；所述固定夹具将光波导生物传感器芯片固定在智能手机上，使智能手机中LED闪光灯发出的光经过聚焦透镜后，透过光波导生物传感器芯片的基板汇聚到光栅耦合输入波导阵列上，且使光波导生物传感器芯片的光栅耦合输出波导阵列的输出光透过基板后成像于智能手机的摄像头的探测器阵列中。

进一步地，所述光波导生物传感器芯片基板的材料为石英玻璃，芯层的材料为SiON，上包层的材料为SiO₂。