[发明专利]基于串联LPWG的生化传感器的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于集成光学领域、生物光子学领域以及光谱分析领域，具体涉及长周期波导光栅的模式耦合与传输特性，以及生化传感机理中定性与定量分析模型与方法。

背景技术

目前，对于国内外研制的生化传感器，无论是基于电化学原理、微流控技术还是基于光学原理进行检测的生化传感器，通常在器件与被测物质的接触面淀积生化敏感膜，根据通过敏感膜对特定物质的吸附或与其发生物理化学变化来完成被测物质的选择与区分，而且需要体积较大的棱镜与光环形器。这种设计方案，不但增加了器件的设计复杂性，还会增加传感器的尺寸与成本，而且每一种敏感膜通常仅能对一种相应物质进行定性，敏感膜会随着使用时间及使用频率的增加出现选择性变差，并产生交叉敏感性，这样会降低传感器的灵敏度及检测效率，造成定性不准确。

精确的折射率(RI)传感对于科学研究和工业应用来说非常重要。因为基本所有的生物和化学物质的定量检测都可以通过检测其折射率来实现，所以，对于生化传感来说准确解析被测物质的折射率是一个先决条件。通常被检测物质需要通过水作为溶剂并作为载体被送入检测区域，如果所选检测光源波段包含水的吸收信息，则不能完成定量或是会对定量结果产生较大影响。这样的话就只能选择特定波段的检测光源，这就限制了检测范围。特别是在中远红外波段，基本所有物质(包含生化气体、液体)的基频吸收信息都在中远红外波段，物质的吸收系数要比在近红外波段大1～2个数量级，会大大提高检测灵敏度，然而在中远红外波段，水的吸收很强，这种挑战性问题的出现给生化检测带来极大困扰。可见，在生化传感器的研究过程中含水物质对生化传感中定量问题的不利影响进行深入研究将是非常必要的。

发明内容

本发明为解决的上述技术问题，提出一种基于串联LPWG的生化传感器的分析方法。

本发明采用的技术方案是：基于串联LPWG的生化传感器的分析方法，所述传感器包括芯层与被测包层，芯层在与被测包层相接触的一侧向被测包层方向延伸出LPWG₁和LPWG₂，所述方法具体包括以下步骤：

S1：入射光经芯层第一端进入，部分光经LPWG₁耦合进入被测包层，部分光沿芯层传输；

S2：沿被测包层传输的部分光经LPWG₂耦合进入芯层；

S3：由步骤S2得到的部分光与步骤S1的芯层中同向传播的部分光干涉输出，得到输出谱，计算分析输出谱中谐振波长的偏移量及其中物质的吸收光谱信息。

进一步地，步骤S1中，能够经LPWG₁耦合进入被测包层的部分光为以谐振波长为中心的一定带宽范围的光。

更进一步地，所述芯层为矩形波导，所述被测包层为矩形波导。

进一步地，其特征在于，所述步骤S1具体为：入射光从波导第一端进入，经过长度为L₁的LPWG₁后，芯层模与被测包层模的输出振幅分别为A_co(L₁)与A_cl(L₁)，

其中，Λ为LPWG₁的周期，L₁为LPWG₁的长度，为LPWG₁常数，为LPWG₁处被测包层模的幅度，κ₁表示LPWG₁的耦合系数，为LPWG₁处芯层模的幅度，中的s₁为与LPWG₁有关的常数，为光经过长度为L₁的LPWG₁后的相移，为芯层模的有效折射率，为被测包层模的有效折射率，为LPWG₁的相位失配因子，λ表示谐振中心波长。

进一步地，所述步骤S2还包括步骤S20：经过长度为d的波导，芯层模与被测包层模的输出振幅分别为A_co(L₁+d)与A_cl(L₁+d)；

其中，d为LPWG₁与LPWG₂的连接波导的长度。