微谐振器传感器制造技术

公开了一种微谐振器传感器。主波导，设置有用于接收光信号的入射孔和用于输出光信号的出射孔，并且具有光耦合区，在该光偶合区，通过入射孔输入的光信号的部分被分束。谐振波导，具有光连接到主波导的光耦合区的光耦合区，用于接收从主波导分束的分束的光信号，谐振波导由设置在多边形形状中的多个光波导构成。此外，开口形成在构成谐振波导的光波导中的一个或多个光波导上。光路改变构件，安置在与形成谐振波导的相邻光波导接触的顶点区，并且反射输入到谐振波导的分束的光信号中的至少一部分，以在谐振波导内循环分束的光信号。根据本发明专利技术，利用全反射镜构成了谐振器，并且因此能够制造微谐振器传感器而没有过多的辐射损耗。此外，所有元件能够集成在相同的晶片上，并且因此能够作为片上器件制造微谐振器传感器。因此，它是有益的，因为能够制造可应用于手持终端的超微光传感器模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微谐振器传感器，并且更具体地，涉及用于利用谐振 器的折射率中的变化来探测要被测量的材料(也称作"要测量的材 料")的特征的传感器。
技术介绍
通常地，谐振器传感器用于通过探测在形成有输入端和输出端的 波导的输出端的光强来探测要测量的材料的特征。在这种情况下，光 强对应于环形谐振器有效折射率的变化，在行进通过波导的光耦合到 与波导间隔分开安置的环形谐振器时会发生该变化。图1是示出传统微环谐振器传感器的视图。参照图1,传统的微环谐振器包括主波导110和环谐振器120。主 波导110用光纤或光波导构成，并且主波导110的两端分别用作用于 接收光信号的输入端和用于输出光信号的输出端。环谐振器120是具 有预定半径R的环形状的光波导或光纤，并且环谐振器120具有开口 122，该开口的表面是经过界面处理的，以便通过形成环谐振器120 的波导或光纤的光可以有效地到达液体或气体，液体或气体是要测量 的材料。开口 122在构成环谐振器120的光波导或光纤的顶或侧面上 形成。微环谐振器传感器能够接受的光传输模式的确定取决于开口 122的位置。因此，如果在环谐振器的顶和侧面都形成开口 122，则 TM和TE模式的光信号都能够被接收。主波导110和环谐振器120 彼此间隔开地设置在一个电介质基底上以构成谐振器传感器。如图1中所示，在传统的微环谐振器传感器中，通过主波导110 的输入端输入的光信号沿主波导110前进并耦合到环谐振器120，该 耦合取决于与主波导110间隔开设置的环谐振器的谐振条件。此时， 输入到环谐振器120的光在形成于环谐振器120上的开口 122的经界面处理的表面上与液态或气态的生物材料(生物材料是要测量的材料)反应，并且因此改变了环谐振器120的有效折射率。然后，随着 环谐振器120的有效折射率的改变，用于将光从主波导110耦合到环 谐振器120的条件发生改变。此时，环谐振器120的有效折射率对应 于在环谐振器120的顶和侧表面上反应的材料的浓度发生变化。因 此，通过主波导110的输出端输出的光量发生改变，并且因此能够探 测材料的特征。以这种方式，如果通过在环谐振器120的开口 122使 用生物学元件来构成生物感应器，则能够制造使用环谐振器的生物传 感器。因为在具有如图1中所示的四个部分al、 a2、 a3、以及a4的传统 微环谐振器传感器的环谐振器120内不发生任何反射，所以初始条件 是13143=34=0。因此，示于图1中的微环谐振器传感器的特征函数 表示为如下述数学式(Math Figure)所示。数学式1<formula>see original document page 9</formula>在数学式l中，Ik^是当光信号通过光波导一次时从端口 l al耦合 到端口 4b4的光信号强度，而ll一k纟是当光信号通过光波导一次时通 过而没有被耦合的光信号强度。此外，环谐振器内的光信号能够用下列数学式表示数学式2<formula>see original document page 9</formula>在数学式2中，aR是当光信号通过环谐振器的内部一次时发生的 损耗，而fR是当光信号通过环谐振器的内部一次时发生的相位差。另一方面，从数学式1能够获得下述表达式。数学式36<formula>see original document page 10</formula>此外，从数学式2和3可推得下述表达式,数学式4<formula>see original document page 10</formula>然后，当数学式4中f＝2mp时，发生环的谐振，并且此时，数学 式4重新整理为如下形式。数学式5 <formula>see original document page 10</formula>如果发生如数学式5中所示地定义的谐振条件，则发生从主波导 110到环谐振器120的耦合，并且因为当诸如以下示出的数学式的条 件满足时临界耦合条件满足，所以光信号不输出到主波导110的输出 端。在临界耦合条件满足的时间点，从主波导110耦合到环谐振器 120的光信号强度变为最大值。数学式6<formula>see original document page 10</formula>在谐振状态下，通过调整耦合系数k和损耗系数aK来确定临界耦 合条件。此时，耦合系数k通过主波导110和环谐振器120之间间隔 的距离确定，并且损耗系数an通过光信号和在环谐振器120上形成 的幵口 122处的生物材料的反应确定。图2是示出当光信号输入到主波导110时，根据环谐振器120的 谐振条件，与入射光的波长对应的输出光的特征曲线的示例的视图。参照图2，如果在环谐振器120的谐振条件下发生临界耦合，则在主 波导IIO的输出端在最小波长处不会发生输出，并且这里，最小波长 通过生物分子间的相互作用被移动了。也就是，在主波导110的输 出端不发生输出的光信号的波长被根据环谐振器120的有效折射率 的变化改变了，该折射率变化由与谐振器120的开口 122接触的要测 量的材料引起。参照图2，应当理解，无论何时环谐振器120的有效 折射率提高lxl04，在主波导110的输出端不发生输出的最小波长都 恒定地提高。因此，借助于探测对通过主波导iio的输出端输出的光 信号的强度和波长的响应信号，环谐振器传感器能够探测要测量的材 料的特征。另一方面，环谐振器传感器的输出对介质的介电常数的改变非常 敏感，当介质与在环谐振器120上形成的开口 122接触时发生该改变。 也就是说，随着介质流过环谐振器传感器的开口，介质的介电常数发 生改变，并且因此，环谐振器120的有效折射率发生改变。环谐振器 120的有效折射率的该改变引起了谐振条件的改变，并且因此输出信 号的波长移动了。因此，通过得到要测量的材料的浓度，环谐振器传 感器探测要测量的材料的特征，通过基于在主波导IIO的输出端测得 的光信号的强度和相位计算的环谐振器120的有效折射率得到要测 量的材料的浓度。上述的环谐振器传感器能够以生物传感器的形式实施，其中，当 彼此组合的生物分子中的分子固定于形成在环谐振器传感器上的开 口 122的表面上时，与固定的作为要测量的材料的生物分子对应的生 物分子与开口 122的表面接触，并且然后，探测它们之间的键合活动。 彼此键合的生物分子的示例包括抗体-抗原、荷尔蒙-受体、 DNA-DNA、 DNA-蛋白质等。使用这样的环谐振器的生物传感器是其 中配体固定在环谐振器传感器的开口 122的表面上的传感器。在金属 表面上化学地吸附硫醇化的(thiolized)配体的方法可以是固定配体 的方法的示例，其中通过经由共价键将硫醇基键合到配体来将配体硫 醇化。此外，还存在使用配置于羧基-甲基化的右旋糖苷链中的水凝 胶骨架(hydmgel matrix)将配体固定在环谐振器传感器的开口 122的表面上的方法。该环谐振器传感器是最有益的，因为能够不使用诸 如放射性材料或荧光材料的指示剂材料而直接测量分子。此外，如果 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微谐振器传感器，包括：　主波导，设置有用于接收光信号的入射孔和用于输出光信号的出射孔，具有光耦合区，在该光耦合区，通过所述入射孔输入的光信号的部分被分束；　谐振波导，具有光连接到所述主波导的所述光耦合区的光耦合区，用于接收从所述主波导分束的分束光信号，所述谐振波导由设置在多边形形状中的多个光波导构成；以及　光路改变构件，安置在与形成所述谐振波导的相邻光波导接触的顶点区，用于反射输入到所述谐振波导的分束的光信号中的至少一部分，以在所述谐振波导内循环分束的光信号，　其中，开口形成在构成所述谐振波导的光波导中的一个或多个光波导上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔永完，金斗根，
申请(专利权)人：中央大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]