一种应用于智能手机上的光波导生物传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机、光波导生物传感器芯片、固定夹具和聚焦透镜；所述光波导生物传感器芯片包括多个由双环级联波导构成的传感器芯片单元；所述固定夹具将光波导生物传感器芯片固定在智能手机上，保证将智能手机中LED闪光灯发出的光耦合到光波导生物传感器芯片的输入波导端，且把传感器输出波导阵列端的输出光耦合到智能手机的摄像头探测器阵列中。本发明专利技术实现了目前智能手机的生物检测功能，传感芯片中每个传感器单元的输出波导端与智能手机照相机的像素一一对应，同时完成对多种被测物质的信息获取工作，并且可以通过智能手机方便地传输被测物质的信息。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于智能手机上的光波导生物传感器
本专利技术涉及一种基于级联双环谐振腔的集成光波导生物传感器，尤其涉及一种可应用于智能手机上的集成光波导生物传感器。
技术介绍
在智能手机是人们日常生活中主要通讯工具的今天，手机传感成为科研工作者感兴趣的新型领域。传感器可使手机成为在社交网络、绿色应用、全球环境监控、个人和公共医疗、电子游戏、虚拟现实和智能交通系统领域下一代革命的中心。手机是无处不在的移动设备，目前有数以百万计的人在世界各地使用。过去的几年中在移动设备中安装传感器已经成为越来越普遍的现象，手机可以用于传感器的信息获取，信息处理以及和周边的人共享数据信息。当今，中高端的智能手机都集成了很多专门的传感器，如：环境光传感器，加速度计，指纹识别、数字罗盘，陀螺仪，GPS，麦克风和摄像头。医疗健康是人们一直关注的问题。在移动设备终端集成具有生物检测功能的传感器，实时监控健康数据，是目前各大移动终端设备公司(如三星、苹果)研究的热点。基于集成光波导器件的传感器，以其体积小、灵敏度高、易于与手机或手表等移动设备集成而备受关注。但是传统的集成光波导传感器需要测量光谱信息的光谱仪，或者需要高稳定的激光器作为光源，这些都大大增加了移动设备的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前移动手机除了作为移动通信终端外，正向个人传感平台发展的趋势，提供一种可用于智能手机上的集成光波导生物传感器。此传感器可使用智能手机的LED闪光灯作为输入光源，摄像头作为探测器，通过测量光强度变化检测被测物质的变化。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机、光波导生物传感器芯片、固定夹具和聚焦透镜；其中，所述智能手机的LED闪光灯和摄像头分别作为光波导传感器芯片的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片包括光栅耦合输入波导、Y分支波导和多个传感器芯片单元；Y分支波导的输入端连接光栅耦合输入波导，每个输出端连接一传感器芯片单元；每个传感器芯片单元包括与Y分支波导的输出端相连的光栅耦合参考光输出波导，与Y分支波导的输出端波导相耦合的参照环形谐振腔、与参照环形谐振腔相耦合的连接波导、与连接波导相耦合的传感环形谐振腔、与传感环形谐振腔相耦合的光栅耦合信号光输出波导；所述传感环形谐振腔上开有传感窗口，传感环形谐振腔的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口被微流通道覆盖；被测液体通过微流通道引入传感环形谐振腔，传感环形谐振腔中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道具有被测液体的输入端和输出端；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合参考光输出波导和光栅耦合信号光输出波导组成一光栅耦合输出波导阵列；所述固定夹具将光波导生物传感器芯片固定在智能手机上，使智能手机中LED闪光灯发出的光经过聚焦透镜后，透过光波导生物传感器芯片的基板汇聚到光栅耦合输入波导上，且使光波导生物传感器芯片的光栅耦合输出波导阵列的输出光透过基板后成像于智能手机的摄像头的探测器阵列中。一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机、光波导生物传感器芯片、固定夹具和聚焦透镜；其中，所述智能手机的LED闪光灯和摄像头分别作为光波导传感器芯片的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片包括多个传感器芯片单元；每个传感器芯片单元包括光栅耦合输入波导、与光栅耦合输入波导相耦合的参照环形谐振腔、与参照环形谐振腔相耦合的连接波导、与连接波导相耦合的传感环形谐振腔、与传感环形谐振腔相耦合的光栅耦合信号光输出波导；所述传感环形谐振腔上开有传感窗口，传感环形谐振腔的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口被微流通道覆盖；被测液体通过微流通道引入传感环形谐振腔，传感环形谐振腔中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道具有被测液体的输入端和输出端；所述光栅耦合输入波导的直通输出端与光栅耦合参考光输出波导相连接；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合参考光输出波导和光栅耦合信号光输出波导组成一光栅耦合输出波导阵列；所述多个传感器芯片单元的光栅耦合输入波导组成一光栅耦合输入波导阵列；所述固定夹具将光波导生物传感器芯片固定在智能手机上，使智能手机中LED闪光灯发出的光经过聚焦透镜后，透过光波导生物传感器芯片的基板汇聚到光栅耦合输入波导阵列上，且使光波导生物传感器芯片的光栅耦合输出波导阵列的输出光透过基板后成像于智能手机的摄像头的探测器阵列中。进一步地，所述光波导生物传感器芯片基板的材料为石英玻璃，芯层的材料为SiON，上包层的材料为SiO2。进一步地，所述的参照环形谐振腔与传感环形谐振腔的光学长度相似，使得所述的参照环形谐振腔的一个谐振频率与传感环形谐振腔的一个谐振频率重合时，其他相邻的谐振峰不完全重合，从而产生游标效应。进一步地，所述光栅耦合输入波导，光栅耦合参考光输出波导和光栅耦合信号光输出波导的耦合特性谱线形状与参照环形谐振腔和传感环形谐振腔级联后的透射谱线包络形状相似，谱线的最大峰值位置相同。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术使用智能手机的LED闪光灯作为输入光源，智能手机摄像头的探测器阵列作为输出光的接收器，使集成光波导传感器可在智能手机上使用，体积更小，更加便携；利用可见光波段作为生物传感器光源，与红外光源相比，在减小生物水溶液吸收的同时，大大降低了光源的制作成本；采用参考环形谐振腔与传感环形谐振腔级联，形成游标效应，大大增加了传感器的灵敏度；同时利用仿生分子修饰技术，在传感器区域波导表面修饰生物表面膜，使传感器具有特异性检测功能；本专利技术中的传感器芯片单元阵列和手机摄像头的探测器阵列构成一个传感器阵列，可以对多个样品同时测量。附图说明图1为本专利技术应用于智能手机上的光波导生物传感器的结构示意图；图2为光波导生物传感器芯片示意图；图3为一个传感器芯片单元结构示意图；图4为智能手机LED闪光灯的输出光谱曲线；图5为光栅耦合波导特性谱曲线；图6为参考环形谐振腔和传感环形谐振腔传感器输出光谱示意图；图7为被测物质发生变化前后双环级联传感器总输出光谱示意图；图8为LED光源经过耦合光栅后进入光波导的光谱示意图；图9为探测器接收到信号光功率与参考光功率的比值和传感器区域中待测物质折射率变化关系图；图10为本专利技术所述光波导生物传感器芯片第二种实施方式结构示意图；图中，智能手机1、光波导生物传感器芯片2、固定夹具3、LED闪光灯11、摄像头12、传感器芯片单元21、Y分支波导22、光栅耦合输出波导阵列23、石英玻璃基板201、SiON芯层202，SiO2上包层203、光栅耦合输入波导204，光栅耦合参考光输出波导205、参照环形谐振腔206、连接波导207、传感环形谐振腔208、光栅耦合信号光输出波导209、传感窗口210、微流通道211、微流通道的输入端212和输出端213。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1如图1所示，本专利技术一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，包括智能手机1、光波导生物传感器芯片2、固定夹具3和聚焦透镜4；其中，所述智能手机1的LED闪光灯11和摄像头12分别作为光波导传感器芯片2的入射光源和探测器。如图2所示，光波导生物传感器芯片2包括光栅耦合输入波导204、Y分支波导22和多个传感器芯片单元21；Y分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，其特征在于，包括智能手机(1)、光波导生物传感器芯片(2)、固定夹具(3)和聚焦透镜(4)；其中，所述智能手机(1)的LED闪光灯(11)和摄像头(12)分别作为光波导传感器芯片(2)的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片(2)包括光栅耦合输入波导(204)、Y分支波导(22)和多个传感器芯片单元(21)；Y分支波导(22)的输入端连接光栅耦合输入波导(204)，每个输出端连接一传感器芯片单元(21)；每个传感器芯片单元(21)包括与Y分支波导(22)的输出端相连的光栅耦合参考光输出波导(205)，与Y分支波导(22)的输出端波导相耦合的参照环形谐振腔(206)、与参照环形谐振腔(206)相耦合的连接波导(207)、与连接波导(207)相耦合的传感环形谐振腔(208)、与传感环形谐振腔(208)相耦合的光栅耦合信号光输出波导(209)；所述传感环形谐振腔(208)上开有传感窗口(210)，传感环形谐振腔(208)的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口(210)被微流通道(211)覆盖；被测液体通过微流通道(211)引入传感环形谐振腔(208)，传感环形谐振腔(208)中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道(211)具有被测液体的输入端(212)和输出端(213)；所述多个传感器芯片单元(21)的光栅耦合参考光输出波导(205)和光栅耦合信号光输出波导(209)组成一光栅耦合输出波导阵列(23)；所述固定夹具(3)将光波导生物传感器芯片(2)固定在智能手机(1)上，使智能手机(1)中LED闪光灯(11)发出的光经过聚焦透镜(4)后，透过光波导生物传感器芯片(2)的基板汇聚到光栅耦合输入波导(204)上，且使光波导生物传感器芯片(2)的光栅耦合输出波导阵列(23)的输出光透过基板后成像于智能手机(1)的摄像头(12)的探测器阵列中。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，其特征在于，包括智能手机(1)、光波导生物传感器芯片(2)、固定夹具(3)和聚焦透镜(4)；其中，所述智能手机(1)的LED闪光灯(11)和摄像头(12)分别作为光波导生物传感器芯片(2)的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片(2)包括光栅耦合输入波导(204)、Y分支波导(22)和多个传感器芯片单元(21)；Y分支波导(22)的输入端连接光栅耦合输入波导(204)，每个输出端连接一传感器芯片单元(21)；每个传感器芯片单元(21)包括与Y分支波导(22)的输出端相连的光栅耦合参考光输出波导(205)，与Y分支波导(22)的输出端波导相耦合的参照环形谐振腔(206)、与参照环形谐振腔(206)相耦合的连接波导(207)、与连接波导(207)相耦合的传感环形谐振腔(208)、与传感环形谐振腔(208)相耦合的光栅耦合信号光输出波导(209)；所述传感环形谐振腔(208)上开有传感窗口(210)，传感环形谐振腔(208)的波导表面具有特异性吸附生物表面膜，传感窗口(210)被微流通道(211)覆盖；被测液体通过微流通道(211)引入传感环形谐振腔(208)，传感环形谐振腔(208)中至少有一部分波导与被测液体接触；所述微流通道(211)具有被测液体的输入端(212)和输出端(213)；所述多个传感器芯片单元(21)的光栅耦合参考光输出波导(205)和光栅耦合信号光输出波导(209)组成一光栅耦合输出波导阵列(23)；所述固定夹具(3)将光波导生物传感器芯片(2)固定在智能手机(1)上，使智能手机(1)中LED闪光灯(11)发出的光经过聚焦透镜(4)后，透过光波导生物传感器芯片(2)的基板汇聚到光栅耦合输入波导(204)上，且使光波导生物传感器芯片(2)的光栅耦合输出波导阵列(23)的输出光透过基板后成像于智能手机(1)的摄像头(12)的探测器阵列中。2.一种应用于智能手机上的光波导生物传感器，其特征在于，包括智能手机(1)、光波导生物传感器芯片(2)、固定夹具(3)和聚焦透镜(4)；其中，所述智能手机(1)的LED闪光灯(11)和摄像头(12)分别作为光波导生物传感器芯片(2)的入射光源和探测器；所述光波导生物传感器芯片(2)包括多个传感器芯片单元(21)；每个传感器芯片单元(21)包括光栅耦合输入波导(204)、与光栅耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明宇，陈阳晴，于放，杨畅，唐龙华，宋金岩，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33