一种热光效应光波导检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于热光效应光波导检测装置，包括：第一光电探测器、具有热光效应的光波导器件、第二光电探测器和第一放大器。可以采用现存半导体工艺将光波导、加热装置、温度检测装置、放大器等全部集成于单个晶片上。第一放大器输出的电信号调整光波导器件的温度，基于热光效应调整光波导器件的输出光信号，从而获得环路稳定。测量第一放大器输出的电信号或者光波导器件的温度即可快速准确地获得待测物品的信息。

【技术实现步骤摘要】
一种热光效应光波导检测装置
本技术涉及一种光电检测装置，特别涉及一种基于热光效应的光波导检测装置。
技术介绍
随着人类科学技术的巨大进步和经济、社会的不断发展，普通民众越来越注重个人的身体健康,对健康医疗提出了更高的要求。无论疾病的预防或治疗，都需要即刻、及时乃至长期大数据量的人体医学检测数据。但是，专业医学检测设备的稀缺、医疗检测价格的昂贵、专业检测场所的局限，都极大限制了普通民众在健康体检甚至疾病治疗时的医学检测。因此，以便捷低廉、灵敏快速为主要特征的“即刻检验”(Point-of-CareTesting,POCT)成为医疗设备的发展趋势之一。另一方面，在当今世界，环境污染、食品安全、恐怖袭击等问题也时时困扰着很多国家和地区，对人们的健康乃至生存造成了严重威胁。专业机构需要对环境污染物、食品添加剂、病毒细菌等目标进行现场快速检测(Rapidon-sitedetection)，微型便携、操作简便、快速灵敏的检测分析设备也显得尤为重要。因此，便携便捷、低耗低廉、灵敏快速的生物学、化学检测分析手段是医学、环境、食品、反恐等多个社会领域的热点需求。作为一种新兴的生物化学检测手段，光波导生化传感器以其无需标定、高灵敏度、结构简单、可实时实地检测等优良的性质，在食品安全、疾病检测、环境监测等方面已实现了多种的应用，具有非常光明的前景。由于折射率通常和液体的化学性质(如物质成分、各组分含量以及粘稠度等)联系在一起，另外，很多生物分子的折射率也是其结构、大小、形态等参数的函数。同时折射率是所有材料的固有特征，它通常不会受物理、化学和生物效应的影响而发生变化，所以通过折射率测量来实现对各种化学量的传感无疑是最简单和直接的途径。通常情况下在波导表面涂覆的高选择性敏感层与液体中的待测分子发生特异性反应，其引起导模的折射率变化由探测设备测得，即可反映出样品特性上的差异。利用折射率传感器测量气/液相浓度、监测生物活性膜厚度、抗体－抗原反应和DNA反应中参数的变化等，可以实现对生物化学、医学、生命科学等领域中各种现象的分析。
技术实现思路
为解决上述问题，提供了一种一种热光效应光波导检测装置，包括：第一光电探测器，具有输入端、输出端，基于参考光源产生第一电信号；光波导器件，具有第一光输入端、第一光输出端、第一控制端和第二控制端，具有第一波导和第二波导，其第一光输入端用于接收第一光信号，其第一光输出端用于提供第一光输出信号，其第一控制端和第二控制端接收控制电压，基于热光效应调整光第一光输出信号；第二光电探测器，具有输入端、输出端，其输入端耦接至光波导器件的光输出端，基于第二光信号产生第二电信号；第一放大器，具有电源端、接地端、第一端、第二端和输出端，其电源端耦接至电源，其接地端耦接至地，其第一端耦接至第一光电检测器件输出端以接收第一电信号，其第二端耦接至第二光电检测器件输出端以接收第二电信号，其输出端耦接至所述光波导器件的第一控制端并提供第一模拟信号。可以采用现存半导体工艺将光波导、加热装置、温度检测装置、放大器等全部集成于单个晶片(例如硅片)上。第一放大器输出的电信号调整光波导器件的温度，基于热光效应调整光波导器件的输出光信号，从而获得环路稳定。测量第一放大器输出的电信号或者光波导器件的温度即可快速准确地获得待测物品的信息。附图说明图1示出根据本技术一个实施例的热光效应光波导检测装置10。图2示出根据本技术一个实施例的光波导器件20的结构示意图，2(a)为三维立体示意图，2(b)为截面图，2(c)为俯视图。图3示出根据本技术一个实施例的检测流程图30。图4为根据本技术一个实施例的偏置和温测电路40的示意图。图5为根据本技术一个实施例的偏置和温测电路50的电路图。图6示出根据本技术一个实施例的光波导器件60，6(a)为三维立体示意图，6(b)为切面图，6(C)为沿XY面的切面图。图7示出根据本技术一个实施例的热光效应光波导检测装置70。具体实施方式在下文所述的特定实施例代表本技术的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本技术的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面将参考附图详细说明本技术的具体实施方式。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的部件或特征。图1是根据本技术一个实施例的光电检测装置10，该装置包括第一光电探测器11、光波导器件12、第二光电探测器13和第一放大器14。第一光电探测器11，具有输入端和输出端，基于参考光源PREF产生第一电信号V1。光波导器件12，具有第一光输入端、第一光输出端、第一控制端和第二控制端，其第一光输入端用于接收第一光信号PIN，其第一光输出端用于提供第一光输出信号POUT1，其第二控制端耦接至地电势GND。第一控制端和第二控制端接收外部控制信号以调整光波导器件的温度，基于热光效应改变光波导器件的折射率，进而调整第一光输出信号POUT1。第二光电探测器13，具有输入端、输出端，其输入端耦接至光波导器件102的第一光输出端，基于第一光输出信号POUT1产生第二电信号V2。第一放大器14，具有电源端、接地端、第一端、第二端和输出端，其电源端耦接至内部电源VINT，其接地端耦接至地电势GND，其第一端耦接至第一光电检测器件11输出端以接收第一电信号V1，其第二端耦接至第二光电探测器件13输出端以接收第二电信号V2，其输出端耦接至所述光波导器件12的第一控制端并提供第一模拟信号VA1。当待检测物品放置进入光波导器件12的检测区域后，由于折射率的改变(待测物品的折射率不同于空气或水)，光波导器件12输出的光信号(即第一光输出信号POUT1)将会发生变化，第二光电探测器13输出的第二电信号V2发生变化，第一放大器14输出电压发生变化，光波导器件的控制电压(第一模拟信号VA1)调整光波导器件12的温度，由于热光效应改变光波导器件12的折射率从而改变第二光电探测器13的输入信号(第一光输出信号POUT1)和输出信号(第二电信号V2)，使得第一电信号V1等于第二电信号V2。不同的物体、不同的化学性质、或不同的浓度具有不同的折射率，第一放大器14也会输出不同电压。测量第一模拟信号VA1的电压就可以获得物品信息，例如浓度、粘稠度、物质属性等。图2示出根据本技术一个实施例的光波导器件20的结构示意图，其中2(a)为三维立体示意图，2(b)为截面图，2(c)为俯视图，光波导器件20可以作为光波导器件12用于检测装置10。需要指出的是光波导器件20仅是一个实施例而非限制，本领域的技术人员可以根据本技术的教导选择其他热光效应光波导器件/热光效应定向耦合器作为光波导器件12用于检测装置10。在一个实施例中，热光效应指通过控制电压改变光波导器件温度，从而改变导光特性，例如折射率、光波导之间的耦合等，最终改变光强。如图2(a)所示，光波导器件20包括衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热光效应光波导检测装置，包括：第一光电探测器，具有输入端、输出端，基于参考光源产生第一电信号；光波导器件，具有第一光输入端、第一光输出端、第一控制端和第二控制端，具有第一波导和第二波导，其第一光输入端用于接收第一光信号，其第一光输出端用于提供第一光输出信号，其第一控制端和第二控制端接收控制电压，基于热光效应调整光第一光输出信号；第二光电探测器，具有输入端、输出端，其输入端耦接至光波导器件的光输出端，基于第二光信号产生第二电信号；第一放大器，具有电源端、接地端、第一端、第二端和输出端，其电源端耦接至电源，其接地端耦接至地，其第一端耦接至第一光电检测器件输出端以接收第一电信号，其第二端耦接至第二光电检测器件输出端以接收第二电信号，其输出端耦接至所述光波导器件的第一控制端并提供第一模拟信号。

【技术特征摘要】
1.一种热光效应光波导检测装置，包括：第一光电探测器，具有输入端、输出端，基于参考光源产生第一电信号；光波导器件，具有第一光输入端、第一光输出端、第一控制端和第二控制端，具有第一波导和第二波导，其第一光输入端用于接收第一光信号，其第一光输出端用于提供第一光输出信号，其第一控制端和第二控制端接收控制电压，基于热光效应调整光第一光输出信号；第二光电探测器，具有输入端、输出端，其输入端耦接至光波导器件的光输出端，基于第二光信号产生第二电信号；第一放大器，具有电源端、接地端、第一端、第二端和输出端，其电源端耦接至电源，其接地端耦接至地，其第一端耦接至第一光电检测器件输出端以接收第一电信号，其第二端耦接至第二光电检测器件输出端以接收第二电信号，其输出端耦接至所述光波导器件的第一控制端并提供第一模拟信号。2.如权利要求1所述的光波导检测装置，其特征在于，所述光波导器件包括：硅衬底；两条二氧化硅波导层；以及加热装置，毗邻所述二氧化硅波导层，用以对两条二氧化硅波导层进行加热；分布于二氧化硅波导层之间的测试区域。3.如权利要求1所述的热光效应光波导检测装置，其特征在于，所述热光效应光波导检测装置还包括偏置和温测电路，所述偏置和温测电路包括：启动电路，具有第一控制端、第一偏置端、第二偏置端、电源输入端和电源提供端，其第一控制端接收控制信号，其电源输入端耦接至外部电源；偏置电路，具有电源端、接地端、第一偏置端、第二偏置端、电压提供端和温度信号端，其电源端耦接至所述启动电路的电源提供端，其接地端耦接至地，其第一偏置端耦接至所述启动电路的第二偏置端、其第二偏置端提供偏置电压，其电压提供端提供一基准电压，其温度信号端提供一温度；反馈电路，具有电源输入端、接地端、偏置端、控制端和电源提供端，其电源输入端耦接至所述外部电源，其接地端耦接至地，其偏置端耦接至所述偏置电路的第二偏置端，其控制端耦接至所述启动电路的第一偏置端，其电源提供端耦接至所述偏置电路电源端；其中所述偏置电路启动前，所述启动电路为所述偏置电路供电；偏置电路启动后，所述反馈电路控制所述启动电路停止为所述偏置电路供电，所述反馈电路为所述偏置电路供电。4.如权利要求1或3所述的热光效应光波导检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括:AD转换器，将所述第一模拟信号或温度信号转换为第一数字信号；第一寄存器，具有控制端、输入端和输出端，其输入端用以接收所述第一数字信号，其输出端提供第二数字信号；第一计算单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至所述寄存器输出端以接收所述第二数字信号，其第二端耦接至所述AD转换器输出端用以接收第一数字信号，其输出端提供计算信号；查找表，基于计算信号和预存储数据输出待测物品信息。5.如权利要求4所述的热光效应光波导检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括DA转换器，具有输入端和输出端，其输入端耦接至所述AD转换器输出端以接收所述第一数字信号，其输出端提供第二模拟信号用以控制所述光波导器件的第一控制端。6.如权利要求3所述的热光效应光波导检测装置，其特征在于，所述启动电路包括：第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至地，其控制端耦接至所述启动电路的第一控制端；第一电阻，具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端；第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述第一电阻的第二端，其控制端耦接至所述第二晶体管的第一端，其第二端耦接至所述启动电路的电源输入端；第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述启动电路的第二偏置端，其第二端耦接至启动电路的电源输入端，其控制端耦接至所述第二晶体管的控制端；以及第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述启动电路的电源提供端，其第二端耦接至所述启动电路的电源输入端，其控制端耦接至所述第二晶体管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐婷婷，罗莉，王海时，李杰，李能西，张鹏宇，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川,51