本发明专利技术涉及一种可拓展式645纳米荧光激发芯片，包括多模干涉器(1)；所述多模干涉器(1)通过两个宽度渐变波导(102)将一束光一分为二，随后再通过波导(103)连接光栅(2)。本发明专利技术通过集成光学组件的级连，实现窄带宽片上荧光激发，实现荧光激发器件的小型化，有助于生物传感系统的便携化进程。传感系统的便携化进程。传感系统的便携化进程。
【技术实现步骤摘要】
一种可拓展式645纳米荧光激发芯片
[0001]本专利技术属于生物荧光传感领域，特别涉及一种可拓展式645纳米荧光激发芯片。
技术介绍
[0002]基于荧光标记的生物传感技术已广泛应用于疾病检测、食品安全和环境监测等领域，如PCR、ELISA等。常用荧光探针由一个波长的激发光激发后，发射出另一个波长的发射光用于检测，两个波长通常相差20至30nm。目前激发荧光多使用宽带汞灯，通过二向色镜、滤光片、聚焦透镜搭建空间光路，将激发光滤除，同时获取发射光强度，进而标定生物样品浓度。激发光系统主要存在三个问题：1.激发光带宽大，背景干扰影响发射光强度测定；2.光源呈现中心区域强度大、边缘区域强度小的递减分布，难以均匀激发荧光样本；3.光源与空间光路体积庞大，不易集成，难以满足便携式现场检测需求。目前基于荧光标记的检测大都采用现场采样，低温运送至实验室检测的方式。不仅存在样本变性、失效的问题，还有可能在运送途中造成交叉污染。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可拓展式645纳米荧光激发芯片，有助于解决目前常用的PCR、ELISA等荧光检测仪器的无法小型化的问题。
[0004]本专利技术提供了一种可拓展式645纳米荧光激发芯片，包括多模干涉器；所述多模干涉器通过两个宽度渐变波导将一束光一分为二，随后再通过波导连接光栅。
[0005]所述多模干涉器的中心为干涉区。
[0006]所述连接光栅的波导宽度不变。所述宽度渐变波导与连接光栅的波导直接相连。
[0007]所述光栅由相连的导光区和光栅区构成。
[0008]所述导光区的一端连接波导，另一端呈扇形，连接光栅区。
[0009]所述光栅区中间凹陷区域通过刻蚀全部去除。
[0010]所述荧光激发芯片分为四层，由下至上分别为硅基底、二氧化硅埋氧层、氮化硅光波导层、二氧化硅保护层。
[0011]第一多模干涉器通过两个宽度渐变波导将一束光一分为二，随后再通过波导(宽度不变)连接第二和第三多模干涉器；将第二、三多模干涉器再各自通过宽度渐变波导将光一分为二，最后再通过波导连接光栅，实现拓展式激发。
[0012]本专利技术利用集成光学组件——多模干涉器、光栅，通过级连方式构建集成荧光激发芯片。以CY5荧光染料为应用目标，优化设计645纳米激发光结构，实现窄带宽、可拓展式的片上激发，有助于解决目前常用的PCR、ELISA等荧光检测仪器的无法小型化的问题；同时根据激发位置分布，可灵活调整激发单元分布，用于单腔室、多腔室的同时激发。
[0013]有益效果
[0014]本专利技术通过集成光学组件的级连，实现窄带宽片上荧光激发，主要优势在于：1.窄带激发，避免激发光对发射光的干扰；2.可拓展式激发，针对激发面积均匀分布激发光源能
量，避免强度不足导致的荧光误判；3.片上集成，实现荧光激发器件的小型化，有助于生物传感系统的便携化进程。
附图说明
[0015]图1为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片的立体图；
[0016]图2为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片中的多模干涉器平面图；
[0017]图3为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片中的多模干涉器透射谱；
[0018]图4为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片中的光栅平面图；
[0019]图5为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片中的光栅透射谱；
[0020]图6为本专利技术可拓展式645纳米荧光激发芯片的拓展图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供了一种可拓展式645纳米荧光激发芯片，包括多模干涉器1；所述多模干涉器1通过两个宽度渐变波导102将一束光一分为二，随后再通过波导103连接光栅2。
[0024]多模干涉器1利用模式耦合原理，可将一束光能量均匀的分配成两束出射。光栅2将平面传输的光进行垂直改向，用于激发上方生物荧光样本。该荧光激发芯片可通过多模干涉器1将光源拓展至多路进行小面积分散式或大面积集中式荧光激发。
[0025]优选的，荧光激发芯片分为四层，由下至上分别为硅基底(500微米)、二氧化硅埋氧层(2微米)、氮化硅光波导层(0.22微米)、二氧化硅保护层(0.5微米)。
[0026]所述多模干涉器1的中心为干涉区101，见图2。举例而言，干涉区101长48.88微米，宽6微米；宽度渐变波导102长10微米，连接中心干涉区101宽1.1微米，连接两侧波导103宽0.5微米。645纳米目标波长处，单端耦合效率为48％，见图3。
[0027]所述光栅2由相连的导光区201和光栅区202构成，见图4。举例而言，所述导光区201的一端连接波导103，宽0.5微米，另一侧呈10度角打开，由半径为25微米的扇形构成；所述光栅区202延伸至半价为35微米的扇形区域，其周期为0.474微米，占空比为0.5，中间凹陷区域通过刻蚀全部去除。645纳米目标波长处，耦合效率为20％；激发波长675纳米处，耦合效率已衰减至1％，见图5，可有效避免背景光干扰。
[0028]第一多模干涉器通过两个宽度渐变波导将一束光一分为二，随后再通过波导(宽度不变)连接第二和第三多模干涉器；将第二、三多模干涉器再各自通过宽度渐变波导将光一分为二，最后再通过波导连接光栅，实现拓展式激发，可通过多模干涉器级连拓展为更大面积的激发光源，如图6所示。根据不同荧光激发要求，可进行任意形状、面积的铺设。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可拓展式645纳米荧光激发芯片，其特征在于：包括多模干涉器(1)；所述多模干涉器(1)通过两个宽度渐变波导(102)将一束光一分为二，随后再通过波导(103)连接光栅(2)。2.根据权利要求1所述的荧光激发芯片，其特征在于：所述多模干涉器(1)的中心为干涉区(101)。3.根据权利要求1所述的荧光激发芯片，其特征在于：所述连接光栅的波导(103)宽度不变。4.根据权利要求1所述的荧光激发芯片，其特征在于：所述光栅(2)由相连的导光区(201)和光栅区(202)构成。5.根据权利要求3所述的荧光激发芯片，其特征在于：所述导光区(201)的一端...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵建龙，史清，冯世伦，颜泽军，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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