[实用新型]微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片

说明书

本实用新型属于光学传感检测技术领域，具体为一种微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片。本实用新型光学传感芯片包括：两块平面反射镜、中间有中空微泡的石英微管、两根方形石英管；两块平面反射镜上、下平行放置，两根方形石英管设置于两块平面反射镜左右两边，保证两块反射镜保持高度平行；中空石英微泡设置于两块平面反射镜之间，两端与平面反射镜之间粘合固定，形成微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片；平面反射镜表面镀有特定反射率的金属薄膜或介质薄膜。本实用新型基于微泡的透镜效应，使传感芯片具备高灵敏度、低模式体积和高品质因子的特性，同时集成天然的微流通道，实现低浓度化学分子或者无标记生物分子传感。

技术领域

本实用新型属于光学传感器技术领域，具体涉及法布里帕罗结构谐振腔传感芯片。

背景技术

光学检测技术常被用于物理参数、生物或者化学样品的传感，基于光学检测技术的传感器通常具有响应快、免受周围环境电磁干扰以及高灵敏度等优点，被广泛的应用于不同的领域。其中基于光学检测技术的法布里帕罗谐振腔，由于腔自身导致的高品质因子，极小的模式体积和光与物质之间的强相互作用，可以实现对于微弱信号的光学放大，因而被广泛应用于化学分子及生物分子的检测。

通常，法布里帕罗谐振腔（Fabry-Pérot resonator, FP）由两块保持高度平行的反射镜组成，其中满足谐振条件的光由于镜面反射被约束在腔内，从而形成稳定的驻波。平面反射镜的反射率越高，光被反射的次数越多，导致腔内光场相干叠加的效果越强，谐振腔输出的光学模式越窄，传感的分辨率越高。现有的法布里帕罗腔根据其结构的不同可以分为光纤法布里帕罗腔和平面反射镜法布里帕罗腔。对于光纤法布里帕罗腔，尽管具有易于制备和集成等方面的优势，但是由于光纤端面较低的反射率和耦合效率，导致光纤法布里帕罗腔通常具有较低的品质因子和较大的模式线宽，从而限制了对于微弱信号的检测能力。相比于光纤法布里帕罗腔，平面反射镜法布里帕罗腔的腔镜可以实现很高的反射率，因此保证了平面反射镜法布里帕罗腔具有较高的品质因子和极小的模式谱线宽，具有更低的探测极限。

平面反射镜法布里帕罗腔传感器根据待测物质是否有荧光标记可以分为有源腔和无源腔。对于有源腔，主要是将带有荧光标记的分析物放入腔内，通过光增益放大将荧光信号转化成激光信号，从而提高传感的分辨率。然而，荧光标记的分子检测需要预先对分析物进行特定处理或者修饰，增加了分析物检测的复杂性以及成本。荧光标记分子也会对生物分子的活性产生影响。此外，荧光分子需要特定波长的泵浦光激发，导致其只能在特定的波段使用，限制了它的实际应用。无源腔可以有效解决以上问题，但是无源腔通常很难实现对于入射光的高效率耦合。此外，非平行对准的腔镜会引入多次反射损耗，导致微腔的品质因子急剧下降。因此，展宽的谐振模式会降低传感器的探测极限。由于缺乏横向模式约束，平面反射镜法布里帕罗腔具有较大的模式体积和小的光能量密度，导致光与物质作用的强度下降。

此外，基于传统的生物分子检测技术需要在谐振腔表面进行分子的特异性修饰，一方面增加传感器的复杂性，另一方面引入了额外的不确定因素，从而导致基于光学微腔结构的生物分子检测很难被应用于实际。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种既能够保持高品质因子、低模式体积、高灵敏度、无标记传感，又可避免在生物分子检测过程中复杂的表面修饰工艺的微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片。

本实用新型提供的微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片，其结构如图1所示；包括：两块平面反射镜、一根或多根中间制备有数量不等的中空微泡的石英微管、两根方形石英管；其中，所述两块平面反射镜上、下平行放置，所述两根方形石英管高度相同，平行设置于两块平面反射镜左右两边边缘处；两块平面反射镜分别与两根方形石英管的上下表面粘合固定，并保证两块反射镜保持高度平行；所述微管的中空石英微泡设置于两块平面反射镜之间、两根方形石英管中间部位，其上、下面分别与两块平面反射镜保持平行，微管两端与平面反射镜之间粘合固定，形成微泡集成型法布里帕罗结构谐振腔传感芯片；