[发明专利]基于一维光子晶体耦合微环腔的生物传感器

说明书

本发明公开了一种基于一维光子晶体耦合微环腔的生物传感器，包括第一直波导、微环谐振腔和第二直波导，微环谐振腔位于第一直波导和第二直波导之间，第一直波导和微环谐振腔耦合形成耦合点，第一直波导上设有一维光子晶体组，一维光子晶体组水平的分布在第一直波导上；一维光子晶体组包括非均匀圆孔组和均匀圆孔组，第一直波导上从两端到耦合点的方向上依次对称的设有均匀圆孔组和非均匀圆孔组。本发明所提供的基于一维光子晶体耦合微环腔的生物传感器，通过在输入直波导上刻蚀一维光子晶体，相较于传统微环谐振腔所产生的对称线型(洛伦兹线型)，非对称线型在传感领域更加有优势。

技术领域

本发明属于对化学或生物物质的检测技术领域，具体涉及一种基于一维光子晶体耦合微环腔的生物传感器。

背景技术

生物传感器是由识别单元和换能器构成的，对被测物具有高度选择性的检测器。根据换能器的不同，可以把生物传感器分成不同的类别，如电化学生物传感器、光学生物传感器、热生物传感器、半导体生物传感器、电导/阻抗生物传感器和声波生物传感器等。其中，光学生物传感器具有无损操作模式、抗电磁干扰、高灵敏度、高速信号产生、高速读取速率等优点，具有非常广阔的前景，受到越来越广泛的关注。

SOI光学生化传感器是本领域的研究热点，从现有的基于SOI的光学生化传感器来看，大多采用了倏逝波探测原理，即周围媒介的折射率或浓度的改变会导致波导有效折射率的改变，而有效折射率的改变会导致光谱的移动。用光电探测器检测光谱的移动即可得知被测物质的浓度或折射率信息。目前光学生化传感器的光波导结构有包括微环腔、微盘腔、微球腔、光子晶体微腔等结构。对于这些结构，其传感方式分为两种，一种是基于谐振波长移动的传感，即通过检测谐振波长的移动来感知外界物质的浓度或者折射率等信息；另外一种是基于强度变化的传感，即通过检测固定波长位置处的光强变化来获取外界物质的浓度或折射率等信息。但是上述结构所产生的谐振线型都是对称线型(即洛伦兹线型)，相较于对称线型，由法诺谐振(Fano resonance)所产生的非对称线型在传感领域更加具有优势。具体体现在，非对称线型拥有比对称线型更高的品质因子和斜率，从而在传感时可以实现更低的探测极限和更高的探测灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提高传统微环光子生物传感器灵敏度和实现更好的探测极限，在传统微环生物传感器的基础上，提高传感器的探测性能提出了一种基于一维光子晶体耦合微环谐振腔结构的生物传感器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于一维光子晶体耦合微环腔的生物传感器，包括第一直波导、微环谐振腔和第二直波导，微环谐振腔位于第一直波导和第二直波导之间，第一直波导和微环谐振腔耦合形成耦合点，第一直波导上设有一维光子晶体组，一维光子晶体组水平的分布在第一直波导上。

优选地，所述一维光子晶体组包括非均匀圆孔组和均匀圆孔组，第一直波导上从两端到耦合点的方向上依次对称的设有均匀圆孔组和非均匀圆孔组。

优选地，所述均匀圆孔组和非均匀圆孔组关于耦合点呈中心对称分布在第一直波导上，均匀圆孔组离第一直波导中心的距离大于非均匀圆孔组离第一直波导中心的距离。

优选地，所述非均匀圆孔组中圆孔的直径依次增大，离耦合点最近的圆孔直径最大。

优选地，所述非均匀圆孔组包括一对中心圆孔，中心圆孔位于耦合点的两边且离耦合点的距离最近，中心圆孔的半径为0.1μm到0.14μm，两个中心圆孔之间的距离为1.0μm到2.0μm。

优选地，所述非均匀圆孔的个数为28个到34个。

优选地，所述第一直波导每边分布均匀圆孔的个数为2个到6个。

优选地，所述一维光子晶体组的周期为0.30μm到0.35μm。

优选地，所述非均匀圆孔和均匀圆孔的刻蚀深度均等于微环谐振腔的高度。