[发明专利]一种聚合物集成波导布拉格光栅折射率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物集成波导布拉格光栅折射率传感器，属于集成光学折射率传感器领域。

背景技术

波导布拉格光栅是一种带阻滤波器，决定其中心波长的波导模式的有效折射率和光栅周期可以受外界环境影响，从而通过检测其中心波长可以实现光传感领域的折射率传感、生化传感、温度传感和应力传感。

近年来，随着集成光学和生化传感技术的发展，已经出现了各种波导光栅折射率传感器。常见的波导光栅折射率传感器类型包括：光纤布拉格光栅折射率传感器、基于二氧化硅光波导(planar lightwave circuit,PLC)的波导布拉格光栅折射率传感器、基于硅基二氧化硅(SOI)的波导布拉格光栅折射率传感器。光纤布拉格光栅折射率传感器的芯层和包层折射率差小，折射率传感范围较小,灵敏度也较低，体积也相对较大，不利于集成；二氧化硅波导布拉格光栅折射率传感器芯层和包层的折射率差小，折射率传感范围较小,灵敏度也较低，材料和加工成本较高；硅基二氧化硅波导布拉格光栅折射率传感器芯层和包层折的射率差大，器件插入损耗较大，材料和加工成本很高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于聚合物材料的波导布拉格光栅折射率传感器，具有折射率传感范围大、灵敏度高的特点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种聚合物集成波导布拉格光栅折射率传感器，包括基底1、下包层2、上包层4、芯层3；所述下包层2设置在基底1的上表面；所述芯层3设置在下包层2的上表面；所述芯层3上表面以及芯层3周侧的下包层2上表面均与上包层4的下表面贴合；所述布拉格光栅5设置在芯层3的下表面，所述布拉格光栅5与芯层3构成波导布拉格光栅；挖空上包层4的中心区域形成凹槽6，并且该中心区域覆盖波导布拉格光栅的区域；所述凹槽6中设置有待测液体，所述待测液体与凹槽6中的芯层接触；所述芯层3的一端作为输入光波导7，另一端作为输出光波导8；光信号从输入波导7中输入，进入波导布拉格光栅结构中与待测液体接触，最后从输出光波导8输出。

进一步的，芯层3的表面宽度小于上、下包层的表面宽度，芯层3的表面长度与上、下包层一样。

进一步的，下包层2采用折射率为1.35～1.45的有机聚合物；芯层3采用折射率为1.6～1.8的有机聚合物；上包层4采用折射率为1.35～1.45的有机聚合物。

进一步的，布拉格光栅5采用周期性分布的凹凸型皱褶光栅结构。

进一步的，所述芯层3采用矩形光波导结构。

有益效果：本发明提供的一种聚合物集成波导布拉格光栅折射率传感器：

(1)与现有技术相比，采用本发明所设计的折射率传感器结构采用聚合物作为器件材料，波导芯层和包层折射率的选择灵活，加工工艺简单廉价，材料成本低，从而器件成本低；采用高折射率差的聚合物材料作为上、下包层和芯层，并使具有波导布拉格光栅的芯层的两个侧面和顶面与待测液体接触，可以增大折射率传感范围、提高折射率传感灵敏度；器件具有体积小、重量轻、成本低和易于集成的优点。

(2)布拉格光栅5采用周期性分布的凹凸型皱褶光栅结构，易于通过微加工工艺制备。

附图说明

图1为本发明器件结构的顶面俯视图。

图2为本发明器件结构中中心处的正面剖视图。

图3为本发明器件结构中中心处的侧面剖视图。

图4为本发明器件在不同折射率液体中的透射光谱示意图。

图5为本发明器件的透射光谱中心波长与外界液体折射率的关系示意图。

图6为本发明器件的折射率传感灵敏度与外界液体折射率的关系示意图。

图中有：基底1，下包层2，芯层3，上包层4，布拉格光栅5，凹槽6，输入光波导7，输出光波导8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1是本发明的一种聚合物集成波导光栅折射率传感器的具体实施示意图。