集成式光学传感器制造技术

描述了在检查和分析流体材料中使用的光学传感器。光学传感器包括被构造为传输待检查和分析的流体材料的通道、被布置为与通道相邻并且被构造为将辐射引导通过通道的第一波导以及被限定在第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择辐射的第一波长的腔室的第一可调整光栅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成式光学传感器
技术介绍
流体介质中材料的测试和识别在诸如医疗和药品研究和开发、食品制备、环境研究和其它类似领域的各种领域中变得越来越重要。通常，这些领域要求诸如气体或液体的流体中诸如致污物、污染物或其它异物的材料的检测。检测装置的一个常见类型是光学传感器。光是液体或气体中识别材料中有用的工具。通常，以特定波长发射光并且光被引导通过液体或气体到达收集光的检测器。液体或气体中的材料能够引起发射光的波长或其它可测量特性的扰动或变化。诸如拉曼散射分析(即，分析光子的散射图案)、吸收分析、荧光分析、等离振子分析(即，等离子振荡的分析)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)的方法通常用于确定或识别液体或气体中的任何材料。在大多数应用中，检测装置被精确地配置为检测非常低浓度的材料。并入有光学传感器的检测装置已经被证明达到了想要的检测级别。然而，挑战在于生产能够达到想要的检测级别的集成的低成本的光学传感器。通常，光的创建、传送和检测要求不能够为了调整大小或降低成本而修改的大型设备。
技术实现思路
在一个一般方面，实施方式公开了一种光学传感器，其包括通道，该通道被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，其布置为与通道相邻并且被构造为将辐射引导通过该通道；以及第一可调整光栅，其被限定在第一波导上并且被构造为可变地调整辐射的波长。在另一一般方面，实施方式公开了一种光学传感器组件，其包括辐射源、传感器和至少一个光学传感器，其被布置在辐射源与传感器之间。该至少一个光学传感器包括通道，该通道被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，其布置为与通道相邻并且被构造为将辐射引导通过该通道；以及第一可调整光栅，其被限定在第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择辐射的第一波长的腔室。在另一一般方面，实施方式公开了一种光学传感器，其包括第一通道，其被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，其被布置为与第一通道相邻并且被构造为将辐射引导通过第一通道；第一可调整光栅，其被限定在第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择辐射的第一波长的腔室；以及参考通道，其被布置为与第一通道相邻使得通过第一通道的辐射通过参考通道。在另一一般方面，实施方式公开了一种分析流体材料的方法。该方法包括提供光学传感器，该光学传感器包括通道，该通道被构造为传输流体材料；第一波导，其布置为与通道相邻并且被构造为将辐射引导通过该通道；以及第一可调整光栅，其被限定在第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择辐射的第一波长的腔室。该方法进一步包括提供待测试的流体材料；将该流体材料传输通过第一波导之后的通道；以及基于通过流体材料的辐射分析流体材料。在另一一般方面，实施方式公开了一种套件，其包括光学传感器和用于操作该光学传感器的指令。光学传感器包括通道，该通道被构造为传输流体材料；第一波导，其布置为与通道相邻并且被构造为将辐射引导通过该通道；以及第一可调整光栅，其被限定在第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择辐射的第一波长的腔室。上面的概述仅是说明性的且并不旨在以任意方式表示限制。除了如上描述的说明性方面、实施方式和特征，通过参考附图和下面的详细描述将显见其他方面、实施方式和特征。附图说明图1A和图1B示出了示例性光学传感器。图2A和图2B示出了替选的示例性光学传感器。图3示出了示例性光学传感器组件。图4示出了分析流体的示例性方法。图5A、图5B和图5C示出了替选光学传感器。具体实施方式如这里使用的，“光学波导”或“波导”是指引导光学光谱中的电磁波的物理结构。波导的通常示例包括光纤波导和矩形波导。“衍射光栅”或“光栅”是指被构造为基于光的波长将光分割和衍射为以不同强度和方向行进的若干束的具有周期性结构的光学组件。“可调整光栅”是指具有可调整光栅相使得可以改变光栅的谐振的光栅。“流体”是指由于所施加的剪切应力而变形或流动的物质态。流体的示例包括(但不限于)流体、气体、等离子、粘弹性流体和具有类似物理性质的其它物质态。图1A和图1B示出了示例性光学传感器100的侧视图(图1A)和顶视图(图1B)。传感器100可以包括在硅基板102上构建的多个层。示例性硅基板102可以在500um至200um的范围内调整大小。各种玻璃层104可以堆叠在硅基板102上，施加到硅基板102或粘附到硅基板102。示例性玻璃层104可以在0.1um至500um的范围内调整大小。波导106可以布置在两个玻璃层之间。替选地，一个或多个包覆层可以围绕波导106，从而波导将光以被引导的方式朝向通道108传播。示例性波导106可以在0.1um至10um的范围内调整大小。沟槽或通道108可以被布置在玻璃层104和波导106内，从而通道将波导分为第一波导106a和第二波导106b。光可以经由第一波导106a引导通过通道108到达第二波导106b。可以通过蚀刻硅基板102、玻璃层104和波导106以创建通道来创建通道108。示例性通道108可以为大约100微米宽并且为大约50至100微米深。通道108的宽度可以被准确地控制为使得在光通过通道时存在低光学损耗。通道108还可以包括化学粘附层，其用于捕获将要分析的流体的一部分，从而将流体暴露给光达更多的时间，增加传感器的灵敏度。示例性化学粘附层是密实聚合物层，其具有大约1或若干个蛋白质单层的结合能力。可以进一步应用不流动层以捕获生物素化分子。应注意的是，这些化学粘附层仅被示出为示例并且可以基于通过该通道的流体添加其它化学粘附层。为了将高质量光传播通过该通道108，可以在波导内创建一个或更多个反射结构。反射结构可以具有高反射率(例如，大于99％的反射率)并且能够引导宽频带的光以支持光源的可调整范围。例如，如果使用可调激光器作为光源，则波导106可以被调整以处理激光器的可调整光范围。在波导中创建反射结构的一个方法是创建周期性反射结构。可以通过玻璃波导中的UV图案化；掩蔽、光刻和蚀刻部分或全部波导；选择性地应用覆盖材料；以及深反应离子蚀刻来创建该结构。如图1A和图1B中所布置的，传感器100提供了一种用于光的一维引导结构和流体通道(经由通道108)，其用于传输穿过波导106的流体使得由波导发射的光与流体相互作用。图2A和图2B示出了第二传感器200，其并入有可调整光栅210a和210b，从而可以改变光栅的谐振，从而改变被定向为通过流体的光的波长。与图1A和图1B类似地，图2A和图2B示出了光学传感器200的侧视图(图2A)和顶视图(图2B)。传感器200可以包括在硅基板202上构建的若干层，通道208穿过该若干层，使这些层分为多个部分。各种玻璃层204可以堆叠在硅基板202上，应用于或粘附到硅基板202。波导206a和206b可以被布置在两个玻璃层204之间并且在通道208的两侧。替选地，一个或更多个包覆层可以围绕波导206a和206b，从而波导将光以被引导的方式朝向通道208传播。可调整光栅210a和210b可以被分别布置在波导206a和206b之间。光栅210a和210b可以是可调整的，使得可以通过改变光栅内限定的腔室空间来改变光栅的谐振，从而改变通过波导206a和206b中的每一个的光的波长。通过将光栅210a和210b放置在通道的每侧上，传感器200提供了一种一维谐振结构，其用于将光定向为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学传感器，所述光学传感器包括：通道，所述通道被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，所述第一波导被布置为与所述通道相邻并且被构造为将辐射引导通过所述通道；以及第一可调整光栅，所述第一可调整光栅被限定在所述第一波导上并且被构造为可变地限定用于选择所述辐射的第一波长的腔室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学传感器，所述光学传感器包括：通道，所述通道被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，所述第一波导被布置为与所述通道相邻并且被构造为将辐射引导通过所述通道；第一可调整光栅，所述第一可调整光栅被限定在所述第一波导上并且被构造为在所述第一可调整光栅内可变地限定用于选择所述辐射的第一波长的腔室；第二波导，所述第二波导被布置为与所述通道相邻并且被构造为接收通过所述流体材料的辐射；以及第二可调整光栅，所述第二可调整光栅被限定在所述第二波导上并且被构造为在所述第二可调整光栅内可变地限定用于选择第二波长的腔室。2.根据权利要求1所述的光学传感器，所述光学传感器进一步包括热组件，所述热组件被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振。3.根据权利要求1所述的光学传感器，所述光学传感器进一步包括薄膜电阻器，所述薄膜电阻器被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为接收电流并且对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振。4.根据权利要求1所述的光学传感器，所述光学传感器进一步包括调整元件，所述调整元件被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为改变所述第一可调整光栅，从而改变所述第一可调整光栅的谐振，所述调整元件包括机械调整元件、光学调整元件和电气调整元件中的至少一个。5.根据权利要求1所述的光学传感器，其中，所述第一波导包括容纳面，所述容纳面被整形为容纳光纤，从而由所述光纤提供的辐射通过所述第一波导传输到所述第一可调整光栅。6.根据权利要求1所述的光学传感器，其中，所述通道包括化学粘附层。7.根据权利要求1所述的光学传感器，所述光学传感器进一步包括：第一热组件，所述第一热组件被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振；以及第二热组件，所述第二热组件被布置为与所述第二可调整光栅相邻并且被构造为对所述第二可调整光栅进行加热，从而改变所述第二可调整光栅的谐振，其中，所述第一可调整光栅的谐振不同于所述第二可调整光栅的谐振。8.根据权利要求1所述的光学传感器，所述光学传感器进一步包括：第一薄膜电阻器，所述第一薄膜电阻器被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为接收第一电流并且对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振；以及第二薄膜电阻器，所述第二薄膜电阻器被布置为与所述第二可调整光栅相邻并且被构造为接收第二电流并且对所述第二可调整光栅进行加热从而改变所述第二可调整光栅的谐振，其中，所述第一可调整光栅的谐振不同于所述第二可调整光栅的谐振。9.根据权利要求1所述的光学传感器，其中，所述辐射包括从激光器发射的光。10.一种光学传感器组件，所述光学传感器组件包括：辐射源；传感器；以及至少一个光学传感器，所述至少一个光学传感器被布置在所述辐射源与所述传感器之间，所述至少一个光学传感器包括：通道，所述通道被构造为传输待检查的流体材料；第一波导，所述第一波导被布置为与所述通道相邻并且被构造为将辐射引导通过所述通道；第一可调整光栅，所述第一可调整光栅被限定在所述第一波导上并且被构造为在所述第一可调整光栅内可变地限定用于选择所述辐射的第一波长的腔室；第二波导，所述第二波导被布置为与所述通道相邻并且被构造为接收通过所述流体材料的辐射；以及第二可调整光栅，所述第二可调整光栅被限定在所述第二波导上并且被构造为在所述第二可调整光栅内可变地限定用于选择第二波长的腔室。11.根据权利要求10所述的光学传感器组件，其中，所述光学传感器进一步包括热组件，所述热组件被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振。12.根据权利要求10所述的光学传感器组件，其中，所述光学传感器进一步包括薄膜电阻器，所述薄膜电阻器被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为接收电流并且对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振。13.根据权利要求10所述的光学传感器组件，其中，所述第一波导包括容纳面，所述容纳面被整形为容纳光纤，从而由所述光纤提供的辐射通过所述第一波导传输到所述第一可调整光栅。14.根据权利要求10所述的光学传感器组件，其中，所述光学传感器进一步包括：第一热组件，所述第一热组件被布置为与所述第一可调整光栅相邻并且被构造为对所述第一可调整光栅进行加热，从而改变所述第一可调整光栅的谐振；以及第二热组件，所述第二热组件被布置为与所述第二可调整光栅相邻并且被构造为对所述第二可调整光栅进行加热，从而改变所述第二可调整光栅的谐振，其中，所述第一可调整光栅的谐振不同于所述第二可...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫迪埃·马加利特，A·利普森，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US