本实用新型专利技术公开了一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，主要由宽带光源、输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区、输出波导和光探测器阵列构成；从宽带光源发出的光依次经过输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区后不同波长的光聚焦到各个输出波导，并由光电探测器阵列接收，获得不同波长的光功率；当待测液体注入微流通道时，获得的光功率数值会发生改变，从而反推获得待测液体的折射率，实现实时监测。该传感器具有灵敏度高、测量准确、体积小等优点，可广泛应用于其他生物化学方面、或医学方面的检测领域。
【技术实现步骤摘要】
一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器
本技术专利是一种基于阵列波导光栅和非晶硅所集成的敏感光学传感器设计。
技术介绍
阵列波导光栅(Arrayed-WaveguideGrating，AWG)是密集型波分复用(DWDM)系统中关键器件之一，常用于波分复用WDM系统中的光复用。阵列波导光栅具有波长分辨率高、通道数大、插入损耗和串扰小、制作成本低等优点。微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科，检测速度快、操作简便、体小、便于携带。与一般的光栅传感器相比，如“一种实时监测流水温度和折射率的装置CN203857986U”本方案所设计的微流控分析效率高，许多分析过程可以在数分钟内完成；样品和试剂消耗量少，能源消耗也很低；易于集成化、便携化，操作简便，更易实现自动化。微流控芯片的这些优点为其在在生物医学、高通量药物合成筛选、农作物的优选优育、环境检测和保护、卫生免疫、司法鉴定、生物战剂的检测和天体生物学研究等众多领域的应用提供了广阔的前景。除此之外，阵列波导光栅易于光纤耦合，并与半导体激光器、光放大器等有源器件结合，实现集成。
技术实现思路
针对现有技术中的一些不足，本技术提供一种具有高灵敏度的光学传感器的设计。为了实现上述目的，本技术所采取的技术方案是：一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，由宽带光源(6)、输入波导(1)、输入自由传输区(2)、阵列波导(3)、微流通道(8)、输出自由传输区(4)、输出波导(5)、光电探测器阵列(7)构成；从宽带光源(6)发出的光依次经过输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区、后不同波长的光聚焦到各个输出波导，并由光电探测器阵列接收，获得不同波长的光功率；当待测液体(9)注入微流通道(8)时，获得的光功率数值会发生改变，从而反推获得待测液体(12)的折射率，实现实时监测。本技术所述的宽带光源(6)和光电探测器阵列的工作波段是1500nm至1600nm。本技术所述的一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器所述的微流通道(8)包含了进样通道(10)、主体通道层(11)、出样通道(12)、底部结构(13)；所述的进样通道(10)和主体通道层(11)相连，主体通道层(11)和出样通道(12)相连。本技术所述的一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，所述的输入自由传输区(2)和输出自由传输区(4)的结构为罗兰圆结构，长度为3500微米，所述的阵列波导(3)数目为205，阵列波导间距为8微米，所述的输出波导(5)数目为16。本技术所述的一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，所述的输入波导(1)、输入自由传输区(2)、阵列波导(3)、微流通道(8)、输出自由传输区(4)、输出波导(5)均基于二氧化硅波导结构，波导宽度和高度均为6微米。本技术所具有的特点优势为灵敏度高、测量准确、体积小、易于操作，可广泛应用于其他生物化学方面、或医学方面的检测领域。附图说明图1为本技术的光学传感器设计示意图。图2为图1中所加入的微流通道图。图3为微流通道的基本制备工艺制作流程图。图4为光电探测器阵列16个通道上检测到三个不同浓度下的待测液的光功率。具体实施方式如图1所示，为一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，由宽带光源(6)、输入波导(1)、输入自由传输区(2)、阵列波导(3)、微流通道(8)、输出自由传输区(4)、输出波导(5)、光电探测器阵列(7)构成；从宽带光源(6)发出的光依次经过输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区、后不同波长的光聚焦到各个输出波导，并由光电探测器阵列接收，获得不同波长的光功率。如图2所示，为本技术所述微流通道的设计示意图，由进样通道(10)、主体通道层(11)、出样通道(12)、底部结构(13)组成，获得一种待测液通过进样通道(10)进入微流控内，使待测液均匀进入主体通道层(11)内，待液体充满主体通道后，进行检测得到实验数据后，液体通过出样通道(12)流出。如图3所示，在硅衬底上用等离子增强化学气象沉积进行薄膜沉积，依次形成由芯层(6μm*6μm)、下包层是12μm二氧化硅构成的波导层；旋涂光刻胶AZ5214，并按照1：1的比例将绘制图案制作成掩膜版，通过曝光技术将图案转移至光刻胶层。我们采用接触式曝光，然后将曝光后的基片进行显影，通过碱液作用，将未发生光聚合反应的光刻胶清洗掉；溅射金属。在光刻胶层上采用磁控溅射的方法镀金属，实验选用Cr为掩膜材料，其厚度200nm。然后去胶，剥离金属与光刻胶层，此时基片留下掩模版图案；进行刻蚀。实验采用干法刻蚀中常见的反应离子刻蚀技术。从而将金属掩模上的图案转移到波导层上，刻蚀得到波导结构；之后去除残留金属；最后一步，沉积上包层薄膜。实验采用等离子增强化学气象沉积方法，在芯片表面沉积12μm的二氧化硅作上表面包覆层。套刻挖空一部分上包层，在挖空区域使用聚合物SU8做微流通道。如图4所示，为光电探测器阵列16个通道上检测到三个不同浓度下的待测液的光功率。首先借助于RSOFT软件，设置二氧化硅波导，波导截面的尺寸结构为6μm*6μm，通信波长1.55μm，并设置芯层折射率和包层折射率，设置不同的包层折射率(n)参数得到不同的阵列波导有效折射率(na)，利用MATLAB对数据进行差分拟合最终得到：na＝1.0020n+0.0021并利用衍射方程：ns(λ)dasinθi+naΔL+nsdasinθ0＝mλ其中，θi是中央输入波导和罗兰圆法线所成角，θ0是输出波导和罗兰圆的法线所成角度，da是相邻阵列波导之间的间距。计算有效折射率na和通道波长λ的关系，中心通道θi为0，相邻排列波导的距离8μm，衍射级数50。通过光电探测器阵列检测到不同波长的光功率，利用得到的16组数据进行插值拟合得到连续的图像，最终得到如图4所示光电探测器阵列16个通道上三个不同浓度下的待测液的光功率图。根据本技术的方法，可以对生物技术和药物研究的目标分析、药物发现、药物开发和疾病诊断等进行优化设计，还可以对农作物的优选优育、环境检测和保护方面提供有效帮助，本技术的保护范围并不局限于以上实施例。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，其特征在于：由宽带光源(6)、输入波导(1)、输入自由传输区(2)、阵列波导(3)、微流通道(8)、输出自由传输区(4)、输出波导(5)、光电探测器阵列(7)构成；从宽带光源(6)发出的光依次经过输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区后不同波长的光聚焦到各个输出波导，并由光电探测器阵列接收，获得不同波长的光功率。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，其特征在于：由宽带光源(6)、输入波导(1)、输入自由传输区(2)、阵列波导(3)、微流通道(8)、输出自由传输区(4)、输出波导(5)、光电探测器阵列(7)构成；从宽带光源(6)发出的光依次经过输入波导、输入自由传输区、带有微流通道的阵列波导、输出自由传输区后不同波长的光聚焦到各个输出波导，并由光电探测器阵列接收，获得不同波长的光功率。
2.根据权利要求1所述的一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，其特征在于：所述的宽带光源(6)和光电探测器阵列(7)，工作波段是1500nm至1600nm。
3.根据权利要求1所述的一种具有微流通道的阵列波导光栅传感器，其特征在于：所述的微流通道(8)包含了进样通...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜英琦，郎婷婷，俞雯婕，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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。