一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器，其特征在于，包括：上传端和下载端，所述上传端和下载端均为直狭缝波导；第一微环波导，所述第一微环波导设置在所述上传端和下载端之间，所述第一微环波导为环形狭缝波导；及与所述第一微环波导串联的第二微环波导，所述第二微环波导设置在所述第一微环波导的底部与所述下载端之间，所述第二微环波导为环形狭缝波导；其中，所述第一微环波导和第二微环波导的半径不等，所述上传端与所述第一微环波导的顶部之间设置有第一耦合间距，所述第二微环波导的底部与所述下载端之间设置有第二耦合间距，所述第一微环波导的底部与所述第二微环波导的顶部之间设置有第三耦合间距。二微环波导的顶部之间设置有第三耦合间距。二微环波导的顶部之间设置有第三耦合间距。

【技术实现步骤摘要】
一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器


[0001]本申请涉及光生化传感领域，尤其涉及一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器。

技术介绍

[0002]在各种传感器中，硅基光学传感器具有节能环保、微型化、易集成、响应速度快、抗干扰能力等优点使其已经覆盖了生化传感器的诸多领域，成为生化传感器件重要组成部分。硅基光学传感器在智慧农业大棚数据采集、医疗诊断和治疗、食品安全和空气水质检测等方面发挥了巨大作用。
[0003]常用的光学传感元件为等离子体波导、光栅波导和微环谐振器，这三者比较而言，等离子波导的灵敏度高；光栅传感器测量范围较宽；微环谐振器尺寸较小，所需被测物的量较少，易于形成传感阵列。
[0004]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005]等离子体波导由于等离子体中金属结构有较大的吸收损耗，使得器件传输损耗较大，与传统的半导体加工工艺上也不兼容；光栅传感器尺寸偏大；而微环谐振器由于受到自由光谱区的限制只适合探测中低浓度的溶液和气体，而高浓度的溶液会超出其探测范围。此外，普通的硅基微环传感器难以获得高灵敏度的效果。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的是提供一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器，以解决相关技术中存在的光学生化传感器无法兼具高灵敏度和宽波长探测范围的技术问题。
[0007]根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器，包括：
[0008]上传端和下载端，所述上传端和下载端均为直狭缝波导；
[0009]第一微环波导，所述第一微环波导设置在所述上传端和下载端之间，所述第一微环波导为环形狭缝波导；及
[0010]与所述第一微环波导串联的第二微环波导，所述第二微环波导设置在所述第一微环波导的底部与所述下载端之间，所述第二微环波导为环形狭缝波导；
[0011]其中，所述第一微环波导和第二微环波导的半径不等，所述上传端与所述第一微环波导的顶部之间设置有第一耦合间距，所述第二微环波导的底部与所述下载端之间设置有第二耦合间距，所述第一微环波导的底部与所述第二微环波导的顶部之间设置有第三耦合间距。
[0012]进一步地，所述第一微环波导的半径为m，所述第二微环波导的半径为n，m≠t
×
n且n≠t
×
m，其中，t为正整数。
[0013]进一步地，所述第一微环波导和第二微环波导的谐振波长在宽谱范围内存在相同的谐振波长。
[0014]进一步地，所述上传端、下载端和微环波导的结构均为刻蚀掉二氧化硅上包层的狭缝波导结构。
[0015]进一步地，所述上传端、下载端和微环波导的波导宽度为200
‑
400nm。
[0016]进一步地，所述上传端、下载端和微环波导的狭缝宽度为50
‑
100nm。
[0017]进一步地，所述第一耦合间距为100
‑
200nm。
[0018]进一步地，所述第二耦合间距为100
‑
200nm。
[0019]进一步地，所述第三耦合间距为200
‑
400nm。
[0020]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0021]由上述实施例可知，本申请在上传端和下载端之间设置了串联的第一微环波导和第二微环波导，使得下载端的输出光谱的谐振波长因本申请利用了游标卡尺的原理而得到放大，使得器件灵敏度大大提高，有效增大了器件的自由光谱区，扩展了测试范围，实现了对高浓度溶液的检测；本申请中的上传端、下载端、第一微环波导和第二微环波导均采用了狭缝波导的设计方式，光场会在狭缝中增强，增加光场与外界环境的交互，进一步增大传感灵敏度；且本申请所述的光学生化传感器结构紧凑，尺寸较小。
[0022]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0023]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0024]图1根据一示例性实施例示出的一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器结构示意图。
[0025]图2根据一示例性实施例示出的基于狭缝波导结构的TE模式光场仿真图。
[0026]图3根据一示例性实施例示出的上下微环仿真光谱图。
[0027]图4根据一示例性实施例示出的改变上包层液体折射率后生化传感器仿真光谱图的偏移。
[0028]图5根据一示例性实施例示出的基于狭缝波导结构的光学生化传感器测试系统图。
[0029]图中的附图标记包括：
[0030]101、第一微环波导；102、第二微环波导；103、上传端；104、下载端。
具体实施方式
[0031]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0032]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包
含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0033]应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0034]图1是根据一示例性实施例示出的一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器结构示意图，如图1所示，该传感器可以包括上传端103、下载端104、第一微环波导101及与所述第一微环波导101串联的第二微环波导102，所述上传端103和下载端104均为直狭缝波导；所述第一微环波导101设置在所述上传端103和下载端104之间，所述第一微环波导101为环形狭缝波导；所述第二微环波导102设置在所述第一微环波导101的底部与所述下载端104之间，所述第二微环波导102为环形狭缝波导；其中，所述第一微环波导101和第二微环波导102的半径不等，所述上传端103与所述第一微环波导101的顶部之间设置有第一耦合间距，所述第二微环波导102的底部与所述下载端104之间设置有第二耦合间距，所述第一微环波导101的底部与所述第二微环波导102的顶部之间设置有第三耦合间距。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于狭缝波导结构的光学生化传感器，其特征在于，包括：上传端和下载端，所述上传端和下载端均为直狭缝波导；第一微环波导，所述第一微环波导设置在所述上传端和下载端之间，所述第一微环波导为环形狭缝波导；及与所述第一微环波导串联的第二微环波导，所述第二微环波导设置在所述第一微环波导的底部与所述下载端之间，所述第二微环波导为环形狭缝波导；其中，所述第一微环波导和第二微环波导的半径不等，所述上传端与所述第一微环波导的顶部之间设置有第一耦合间距，所述第二微环波导的底部与所述下载端之间设置有第二耦合间距，所述第一微环波导的底部与所述第二微环波导的顶部之间设置有第三耦合间距。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一微环波导的半径为m，所述第二微环波导的半径为n，m≠t
×
n且n≠t
×
m，其中，t为正整数。3.根据权利要求1所述的传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继厚，张强，余辉，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：