本申请涉及光子集成电路的技术领域，公开一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构及光场增强方法，该芯片结构包括多级串联的多模干涉耦合器，多模干涉耦合器包括输入波导、多模波导区和输出波导；多级多模干涉耦合器中的每个末级多模干涉耦合器的输出波导通过环路波导连接，环路波导上设有相位调制器，多个多模干涉耦合器的多路环路波导形成波导阵列区。本申请具有有助于提高成像分辨率的优点，且本结构的工艺简单，制造成本低。
1、对生物传感器采用集成光子学可以实现紧凑、可扩展和可靠的产品(可重复性)，从而帮助提高产量，节省大量的时间和资源。这种生物传感器的应用可用于荧光检测、比色法和光谱学。
2、众所周知，集成光子波导可用于提供一种小型化且价格合理的检测设备，用于单粒子检测或作为显微镜的成像系统。由于与周围介质相比具有高折射率对比度，光波导被用于通过引导模式将光传送到被检验样本处。
3、在图1中，显示了传统矩形波导的截面几何形状以及单模波导的基本te和tm模式的模式轮廓。光主要被限制在波导内部，而一小部分将在包层衰减，限制了光-分析物相互作用的激发体积和功率，特别是在上表面附近，仅延伸80nm至200nm。
5、单个粒子或分子检测的挑战之一是来自多个分析物或本体背景的信号的重叠。如图1和图2所示的矩形波导可以通过定位波导附近的场来从多个分析物中分离信号，然而在光传播的的方向，仍然可以同时填充多个分析物质。因此，如图3所示在波导传播的方向上定点蚀刻纳米尺寸的孔，能够保持光-分析物相互作用体积足够小，以确保一次检测单个分析物。然而，均匀蚀刻纳米量级尺寸的孔仍然是工艺上的一个挑战。因此，考虑到制造的成本和可行性，没有纳米孔蚀刻的其他解决方案更有利。
>技术实现思路1、为了有助于单粒子的检测和增强成像分辨率，本申请提供一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构及光场增强方法。
2、一方面，申请提供的一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，采用如下的技术方案：
3、一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，包括多级串联的多模干涉耦合器、波导环路阵列以及相位调制器，其中所述多模干涉耦合器包括输入波导、多模波导区和输出波导；
4、第一种结构：多级所述多模干涉耦合器中的每个末级所述多模干涉耦合器的输出波导通过一级波导环路连接，所述一级波导环路上设有相位调制器，多个所述多模干涉耦合器的所述一级波导环路形成波导阵列区；
5、或，第二种结构：次末级所述多模干涉耦合器的输出波导与末级所述多模干涉耦合器的输入波导一级波导环路连接，多级所述多模干涉耦合器中的每个末级所述多模干涉耦合器的输出波导通过二级波导环路连接，所述二级波导环路上设有相位调制器，多个所述一级波导环路形成波导阵列区；
6、或，第三种结构：次末级所述多模干涉耦合器的输出波导与末级所述多模干涉耦合器的输入波导通过一级波导环路连接，多级所述多模干涉耦合器中的任意两个末级所述多模干涉耦合器的输出波导通过二级波导环路连接，所述二级波导环路上设有相位调制器，多个所述一级波导环路形成波导阵列区；
7、或，第四种结构：次末级所述多模干涉耦合器的输出波导与两个末级所述多模干涉耦合器的输出波导通过一级波导环路连接，多个所述一级波导环路形成波导阵列区；多级所述多模干涉耦合器中的所述两个末级多模干涉耦合器的输入波导通过二级波导环路连接，所述二级波导环路上设有相位调制器。
8、通过采用上述技术方案，由于光在传播时，在垂直传播的方向，会有部分泄露在包层内，且其中200nm左右的光强较强，设置有多级多模干涉耦合器，结合第一波导环路，或者结合一级波导环路和二级波导环路，从而形成闭环，通过形成干涉条纹，能够保持局部光场增强，减少光的损耗，有效利用波导上表面的倏逝波；多种结构均设置有波导阵列区，利用波导阵列区作为激发荧光的区域，用于产生不同相位的成像图片，闭环的设置有利于干涉条件的形成，从而更加有利于对分子或颗粒信号的检测此外，串联的数量越多，则意味着波导阵列区顶部的总传感面积越大；本结构的工艺简单，制造成本低。
9、可选地，所述波导阵列区的所述波导阵列区的多个波导平行设置。
10、通过采用上述技术方案，由于波在传播时，在垂直传播的方向，会有部分光泄露在包层内，平行设置的波导和环路下干涉条件的形成，有利于最大化利用消逝波，减少光的损耗，有利于增强超分辨成像。
11、可选地，若采用所述第一种结构，所述第一波导环路远离所述输出波导一端的弯折部为热调制区。
12、通过采用上述技术方案，热调制区通过热调制器改变波导的温度，引起相位的变化，从而可以在波导阵列区获得不同相位的图像，以生成超分辨率图像；图像中的信息是混合的，多种信息混合对应多个方程，多个图像对应于多个公式，从而还原多个方程中的因素的解。
13、可选地，若采用所述第二种结构、第三种结构和第四种结构中，所述二级波导环路设置为热调制区。
14、通过采用上述技术方案，通过热调制器改变波导的温度，引起相位的变化，从而可以在波导阵列区获得不同相位下的图像，以还原出高分辨率图像；图像中的信息是混合的，多种信息混合对应多个方程，多个图像对应于多个公式，从而还原多个方程中的因素的解。
15、可选地，所述波导阵列区前一级所述多模干涉耦合器的输入波导处还包括波导输入输出端，所述波导输入输出端用于传输单波长或多波长的光。
16、通过采用上述技术方案，末端波导输入输出端的闭环结构能够产生后向反射以增强条形波导区域中的场的环路图。
17、可选地，若采用所述第一种结构，所述一级波导环路中的波导不交叉设置。
18、通过采用上述技术方案，波导不交叉设置，形成的是条形波导区域，以充分利用波导上表面的倏逝波，增强超分辨成像。
19、可选地，若采用所述第二种结构、第三种结构和第四种结构，所述二级波导环路中的波导不交叉设置。
20、通过采用上述技术方案，波导不交叉设置，形成的是条形波导区域，以充分利用波导上的倏逝波，增强超分辨成像。
21、可选地，若采用所述第三种结构，所述二级波导环路中，同一环路中的两个波导的总相位差为π的整数倍。
22、通过采用上述技术方案，使得波导阵列区中的驻波干涉加强和减弱区域发生变化，以改变条状波导区光强增强或者减弱的区域。
23、可选地，所述波导阵列区的顶部设置有纳米孔。
24、另一方面，本申请提供了一种局部倏逝波光场增强方法，采用如下的技术方案：
25、一种局部倏逝波光场增强方法，基于上述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，包括如下方法：通过波导阵列区衍射图样创建波导照明图像，改变相位调制区的的温度，当热调制区对应波导的相位变化与相长干涉条件相匹配时，波导阵列区生成的光图案发生偏移。
26、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：通过设置多种通过形成闭环的倏逝波增强的结构，保持局部光强增强，减少光的损耗，有效利用波导上的倏逝波，通过波导阵列区不同相位下衍射图样创建波导照明图像，以获得超分辨率成像。
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【技术保护点】
1.一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，包括多级串联的多模干涉耦合器、波导环路阵列以及相位调制器，其中所述多模干涉耦合器包括输入波导、多模波导和输出波导；
2.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，所述波导阵列区的所述波导阵列区的多个波导平行设置。
3.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第一种结构，所述第一波导环路远离所述输出波导一端的弯折部为热调制区。
4.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第二种结构、第三种结构和第四种结构，所述二级波导环路设置为热调制区。
5.根据权利要求3或4所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，所述波导阵列区前一级所述多模干涉耦合器的输入波导处还包括波导输入输出端，所述波导输入输出端用于传输单波长或多波长的光。
6.根据权利要求5所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第一种结构，所述一级波导环路中的波导阵列不交叉设置。
7.根据权利要求5所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第二种结构、第三种结构和第四种结构，所述二级波导环路中的波导阵列不交叉设置。
8.根据权利要求7所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第三种结构，所述二级波导环路中，同一环路中的两个波导总相位差为π的整数倍。
9.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，所述波导阵列区的顶部设置有纳米孔。
10.一种局部倏逝波光场增强方法，基于权利要求1-9任意一项所述的一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，包括如下方法：通过波导阵列区衍射图样创建波导照明图像，改变相位调制器的温度，当热调制区对应的波导的相位变化与相长干涉条件相匹配时，波导阵列区生成的光图案发生偏移。
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【技术特征摘要】
1.一种实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，包括多级串联的多模干涉耦合器、波导环路阵列以及相位调制器，其中所述多模干涉耦合器包括输入波导、多模波导和输出波导；
2.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，所述波导阵列区的所述波导阵列区的多个波导平行设置。
3.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第一种结构，所述第一波导环路远离所述输出波导一端的弯折部为热调制区。
4.根据权利要求1所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，若采用所述第二种结构、第三种结构和第四种结构，所述二级波导环路设置为热调制区。
5.根据权利要求3或4所述的实现局部倏逝波光场增强的芯片结构，其特征在于，所述波导阵列区前一级所述多模干涉耦合器的输入波导处还包括波导输入输出端，所述波导输入输出端用于传输单波长或多波长的光。
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑秀君，萨普·科曼，陈昌，李骁，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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