【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实时监视血液成分浓度水平的可调谐混合III-V/IV激光传感器片上系统相关应用本申请要求于2017年5月22日提交的美国临时申请序列No.62/509,301、于2017年8月1日提交的美国临时申请序列No.62/539,759和于2017年12月6日提交的美国临时申请序列No.62/595,283的优先权的权益，这些申请中的每一个通过引用整体并入本文。
本专利技术的实施例一般而言涉及基于混合III-V/IV片上系统技术的基于半导体的光谱传感器，该光谱传感器用于实时连续监视人体中的血液分析物浓度水平，诸如血乳酸(bloodlactate)和血糖(bloodglucose)浓度水平监视。
技术介绍
根据美国临床化学协会(AACC)，血液分析物(诸如葡萄糖、乳酸、尿素、肌酐、氨、白蛋白等)被认为是重症监护医学中最重要的血液分析物，需要对这些分析物进行监视，以便诊断和治疗诸如败血症、器官功能障碍和衰竭、缺氧、糖尿病、脱水等严重疾病。在一些情况下，诸如具有超过30％的高死亡率的败血症，时间是关键因...
【技术保护点】
1.一种用于实时监视受试者的血液成分浓度水平的基于激光的传感器片上系统，该片上系统包括：/n可调谐混合III-V/IV激光传感器；以及/n耦合到激光传感器的光纤接口，该接口包括探针，/n其中在使用期间，激光传感器远离受试者并且探针与受试者光学连通。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170522 US 62/509,301;20170801 US 62/539,759;20171.一种用于实时监视受试者的血液成分浓度水平的基于激光的传感器片上系统，该片上系统包括：
可调谐混合III-V/IV激光传感器；以及
耦合到激光传感器的光纤接口，该接口包括探针，
其中在使用期间，激光传感器远离受试者并且探针与受试者光学连通。
2.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中IV包括选自硅、绝缘体上硅、绝缘体上硅上的氮化硅、绝缘体上锗以及硅上氮化硅组成的组中的基于IV的半导体基板。
3.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中可调谐激光传感器包括部署在基于IV的基板上的光子集成电路和llI-V增益芯片，该光子集成电路(i)被配置为基于游标效应执行波长滤波和调谐功能，以及(ii)为III-V增益芯片限定外腔。
4.如权利要求3所述的基于激光的传感器片上系统，其中光子集成电路包括光斑尺寸模式转换器、相位控制部分以及耦合到具有第二自由光谱范围的第二谐振器的、具有第一自由光谱范围的第一谐振器。
5.如权利要求4所述的基于激光的传感器片上系统，其中第一谐振器和第二谐振器选自微环谐振器、采样布拉格反射器和分布式反馈反射器组成的组。
6.如权利要求4所述的基于激光的传感器片上系统，其中第一自由光谱范围不同于第二自由光谱范围。
7.如权利要求4所述的基于激光的传感器片上系统，其中耦合的第一谐振器和第二谐振器、III-V增益芯片、光斑尺寸模式转换器以及相位控制部分协作以实现可调谐激光传感器的基于游标效应的调谐。
8.如权利要求4所述的基于激光的传感器片上系统，其中可调谐激光传感器被配置为使得在操作中将电流或热量中的至少一种施加到耦合的谐振器中的至少一个以改变其有效折射率，影响由增益芯片生成的激光的波长的改变。
9.如权利要求3所述的基于激光的传感器片上系统，其中III-V增益芯片被边缘耦合到光子集成电路。
10.如权利要求9所述的基于激光的传感器片上系统，其中III-V增益芯片通过光栅耦合器来耦合到光子集成电路。
11.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中激光传感器包括至少一个III-V光电二极管，该至少一个III-V光电二极管通过倒装芯片键合、胶合、转移印刷技术或侧面耦合中的至少一种来耦合到光子集成电路。
12.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，还包括远离可调谐激光传感器部署的、分立的III-V光电二极管，其中，在使用中，来自受试者的反射信号由该分立的III-V光电二极管收集。
13.如权利要求12所述的基于激光的传感器片上系统，其中光子集成电路包括信号和波长监视部分。
14.如权利要求13所述的基于激光的传感器片上系统，其中信号和波长监视部分包括：(i)马赫-曾德干涉仪或耦合的环形谐振器的集合中的至少一个，以及(ii)至少一个倒装芯片III-V光电二极管。
15.如权利要求14所述的基于激光的传感器片上系统，其中激光传感器还包括：
传感器控制电子器件；以及
信号处理微控制器，
其中微控制器被配置为(i)控制激光驱动电子器件，(ii)调谐电流，以及(iii)使用来自波长和信号监视部分的信息对从分立的III-V光电二极管获得的数据进行信号处理。
16.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中激光传感器被配置为随时间跨调谐范围执行波长扫描，并且激光传感器包括被配置为将从受试者反射的光转换成电信号的光电二极管。
17.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中光纤接口连接到光学导管，并且被配置为(i)将来自传感器的光信号发送到受试者的血液，以及(ii)将来自受试者的血液的反射光发送到传感器。
18.如权利要求1所述的基于激光的传感器片上系统，其中光纤接口与波束整形光学器件光学连通，该波束整形光学器件被配置为通过受试者的皮肤或外部组织非侵入式地照射受试者的血液样本。
19.一种制造基于激光的传感器片上系统的方法，该片上系统用于实时监视受试者血液成分浓度水平，该方法包括以下步骤：
制造可调谐混合llI-V/IV激光传感器，该制造通过
制造III-V半导体增益芯片，
通过CMOS技术在基于IV族的半导体基板上制造光子集成电路以限定IV族半导体芯片，以及
混合集成III-V增益芯片和IV族半导体芯片，
其中光子集成电路(i)被配置为基于游标效应执行波长滤波和调谐功能，并且(ii)限定用于III-V增益芯片的外腔；以及
将光纤接口耦合到激光传感器，该接口包括探针，其中在使用期间，激光传感器远离受试者并且探针与受试者光学连通。
20.如权利要求19所述的方法，其中混合集成III-V增益芯片和IV族半导体芯片包括将III-V增益芯片边缘耦合到IV族半导体芯片、主动对准两个芯片以及将两个芯片胶合在一起。
21.如权利要求19所述的方法，其中混合集成芯片包括将III-V增益芯片的p侧向下翻转并将增益芯片键合到在IV族半导体芯片中限定的沟槽中，以边缘耦合到光子集成电路。
22.如权利要求19所述的方法，其中制造III-V半导体增益芯片包括通过MBE或MOVPE生长中的至少一种在基板上外延生长激光层结构。
23.如权利要求22所述的方法，还包括将基板上的激光层结构处理成包括预定波导角和接触垫的增益芯片设备。
24.如权利要求23所述的方法，还包括将基板上的激光层结构解理成条。
25.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·维兹巴拉斯，K·维兹巴拉斯，I·西蒙伊特，G·劳肯斯，
申请(专利权)人：布罗利思感测科技公司，根特大学，
类型：发明
国别省市：立陶宛;LT
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。