介电微腔传感器制造技术

在微腔传感器中使用凸出状微腔（５００）提供了在对准和制造中的再现性方面的优点。凸出状微腔的阵列可以和多个波导一起使用。另外，凸出状微腔可用由聚合物材料制成的至少外层形成，并可全部由聚合物材料形成。这给制造带来了便利，因为微腔可以模制，并且还可按阵列配置可再现地模制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说直接涉及光学设备，更具体而言涉及采用微谐振腔的光学传感器。
技术介绍
目前对微球和微盘作为光学传感器在生化感测中的应用在进行密集的研究。尽管由玻璃制成的微球具有极高Q因子(＞106)的特征，但缺乏大规模生产和对准微球谐振腔的适当方法阻碍了它们作为可行产品被接受。另一方面，基于半导体晶片的微盘或微环相对易于大量制造。可以使用光刻技术，例如干/湿刻蚀和层淀积，来调整它们相对于波导的位置。然而，这些谐振腔的Q因子通常低于104，这至少部分是由于表面粗糙度和材料吸收。其他用于形成微腔的方法包括通过切割光纤形成圆柱形腔。这实现了以低成本大规模生产具有较高可达到的Q因子和受控的尺寸的环形谐振腔。然而，这种圆柱形微谐振腔的特征为只有二维的光限制，并且光能够沿垂直于平表面的方向自由传播。因此，在波导和圆柱形环谐振腔之间的任何未对准会导致光耦合到微腔的有损模式，造成光增强中的下降。
技术实现思路
本专利技术针对凸出状(bulge-like)微腔的使用。特别是，本专利技术的一个实施例针对一种微谐振腔阵列设备，其包括彼此间隔开的至少第一和第二光波导。第一凸出状微腔部件用至少第一和第二凸出状微腔形成并跨所述第一和第二光波导延伸。第一凸出状微腔设置得接近第一光波导，以光学耦合第一凸出状微腔和第一光波导之间的光。第二凸出状微腔设置得接近第二光波导，以光学耦合第二凸出状微腔和第二光波导之间的光。本专利技术的另一个实施例针对一种凸出状微腔设备，其包括发射输出光的光源和第一光波导，该第一光波导耦合以接收来自所述光源的输出光。第一凸出状微腔设置得接近第一光波导，以与第一光波导光学耦合。凸出状腔具有至少聚合物材料的外层并具有沿纵轴拉长的体部。凸出状微腔具有回音壁模式，该回音壁模式对于从第一光波导耦合的光具有高于1000的Q值，并且所述聚合物材料在所述输出光的波长处为基本透明的。本专利技术的上述内容并非意味着描述每个图示的实施例或者本专利技术的每个实施方式。下面的图和详细的说明更具体地举例说明这些实施例。附图说明根据下面结合附图对本专利技术的不同实施例的详细描述，可更全面的理解本专利技术，其中图1A-1C示意性地示出微腔传感器的不同实施例；图2示意性地示出微腔谐振腔中的回音壁模式；图3A-3C示意性地分别示出圆柱形、球形和凸出状的微腔；图4A-4C示意性地分别示出图3A-3C中示出的微腔的谐振谱部分；图5A和5B示意性地示出根据本专利技术原理的凸出状腔的不同实施例；图6示出由光纤形成的凸出状微腔的照片；图7、8A和8B表示图6所示的凸出状腔的谐振谱；图9A示出在光纤中形成的圆柱形微腔的照片；图9B和9C表示图9A所示的圆柱形微腔的谐振谱； 图10示意性地示出根据本专利技术原理使用凸出状微腔形成的微腔阵列；图11A和11B示意性地示出根据本专利技术原理具有多个凸出状腔的凸出状腔部件。尽管本专利技术可经受不同的修改和替换形式，其细节已经由图中的实例示出并将被详细描述。但是，应当理解的是，本专利技术不限于所描述的特定的实施例。相反，本专利技术意图覆盖落入由所附的权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围之内的所有的修改、等效物和替换形式。具体实施例方式本专利技术特别适用于采用微腔谐振腔的光学传感器。这种谐振腔也称为微谐振腔。本专利技术的微谐振腔能够容易地复制、易于处理，并能够保持高腔Q因子，以及能够容易地对准到耦合波导。图1A示意性示出了使用微谐振腔的微腔波导系统100的例子。光源102将光沿着波导104导入探测器单元106。微谐振腔110光学地耦合至波导104。来自光源102的光108发送入波导104并朝向探测器单元106传播。微谐振腔110渐逝地(evanescently)将光108的一些耦出波导104，耦出光112以微谐振腔110的谐振频率之一在微谐振腔110中传播。光源102可以是任意适当类型的光源。对于增强的效果和灵敏度，有利的是光源产生被有效地耦入波导104的光，例如该光源可以是诸如激光二极管的激光器。光源102产生在预期波长或者波段处的光108。例如，在微谐振腔用于传感器中时，光源102产生在与检测到的物质(species)相互作用的波长处的光。检测的物质一般位于微谐振腔110的表面附近以使得在WGM中传播的光与检测的物质相互作用。光源102也可以包括灯以及用于将来自灯的光耦入波导104的适当的光学元件。例如，当系统100用作荧光传感器时，在微谐振腔110中传播的光被诸如荧光染料的荧光分子吸收，该荧光分子附着在用于分析物或表示分析物的存在的标记的微谐振腔表面。在更具体的例子中，微谐振腔的表面可附着有专用于预期抗原分析物的抗体。与荧光染料偶联的分析物抗原分子被引入传感器系统100。该抗原分子结合至微谐振腔110上的抗体分子，从而保持荧光染料分子充分地接近微谐振腔110，使得在微谐振腔110中循环的光渐逝地耦合至荧光分子。所吸收的光激发荧光分子并且分子随后在不同于激发波长的波长处发出荧光。荧光探测确定了分析物抗原的存在。在另一个例子中，分析物抗原分子不与荧光染料偶联，但是被允许结合到附着于微谐振腔表面的抗体。与荧光分子偶联的更多的抗体随后被引入传感器并结合至抗原。再一次，通过与在微谐振腔110中传播的光渐逝的相互作用来激发荧光分子，并且随后的荧光探测可用于确定分析物抗原的存在和富足。光源102可以将光导入多个不同波导，其中波导104是这种例子的一个。波导104可以是任意适当类型的波导，并且可以是例如在基板中或基板上形成的平面波导或通道波导，例如在氧化硅基板中形成的波导。波导104也可以是光纤。探测器单元106包括探测光的光探测器，例如光电二极管或者光电晶体管。探测器单元106也可以包括选择到达光探测器的光波长的波长传感设备。波长选择设备可以是，例如，滤光器或分光计。波长选择设备可以是可调谐的，以允许用户主动地改变入射在光探测器上的光波长。微谐振腔110可以与波导104物理接触设置或者非常接近波导104，以使得沿着波导104传播的光108的一部分渐逝地耦合入微谐振腔110。通常，波导104在微谐振腔110耦合至波导104的位置处几乎没有或者没有包层，以使得微谐振腔110直接耦合至波导104的芯。图1B中示意性示出另一种类型的微谐振腔设备150。在该设备150中，来自微谐振腔110的光158耦合入第二波导154，并传播至探测器106。图1C中示意性示出另一种类型的微谐振腔设备170。在该设备170中，第二探测器172接近微谐振腔110设置以探测来自微谐振腔110的光。由第二探测器172探测的光不通过波导传递至第二探测器172，而是通过自由空间传播。来自微谐振腔110的由第二探测器172探测到的光可以是例如从微谐振腔110中散射的，或者可以是通过在微谐振腔110中循环的光从附着到微谐振腔的表面的荧光物质的激发产生的荧光。第二探测器172可以探测来自微谐振腔110的所有光波长，或者例如，通过采用位于第二探测器172和微谐振腔110之间的波长选择元件174可以探测位于特定波段中的光。波长选择元件174可以例如是滤光器，该滤光器滤去在微谐振腔110中谐振的激发波长处的光，并传递在荧光波长处的光。第二探测器172也可以和在图1B中所示类似的结构一起使用。光在微谐振腔中以所谓的“回音壁模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微谐振腔阵列设备，其包括：至少第一和第二光波导，它们彼此间隔开；和第一凸出状微腔部件，其用至少第一和第二凸出状微腔形成并跨所述第一和第二光波导延伸，所述第一凸出状微腔设置得接近第一光波导，以光学耦合第一凸出状微腔和第一光 波导之间的光，所述第二凸出状微腔设置得接近第二光波导，以光学耦合第二凸出状微腔和第二光波导之间的光。

【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：范旭东，罗伯特W威尔逊，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]