【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学传感，具体为一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器。
技术介绍
1、折射率是表征材料光学性质的重要参数，精确测量折射率可以深入的了解介质的纯度，成分，物质含量等。作为一种常用检测仪器，折射率传感器广泛应用于透明溶液的浓度检测和无标记的生物样品检测。研制超高分辨率的折射率计对生物医药检测，饮用水安全和环境保护领域都有重要意义和实用价值。
2、折射率灵敏度通常被用来定量比较折射率传感器的传感能力，通常定义为： s=∆ λ/∆ n。其中 ∆ n表示被测物的折射率变化，∆ λ表示分析物折射率变化导致共振峰移动的距离。然而，单独测量折射率灵敏度不足以表征折射率传感器性能，为了充分比较不同折射率传感器的性能，必须给出传感器的品质因数( fom)。品质因数( fom)定义为传感器的灵敏度( s)与共振峰半高全宽( fwhm)的比值： fom= s/ fwhm。
3、目前，基于折射率敏感度的免标记细胞/分子级生物检测方法，开发出各种类型基于折射率测量的光学传感器，如环形谐振器、表面等离子体共振传感器、光子晶体结构和腔级联结构。大多通过测试基于敏感单
4、fano共振效应，是一种新型的光学效应，可以极大地提高传感器的性能，满足当前生物医学研究的需要。fano共振最初是由fano在研究he原子的自由电离光谱时发现，是作为一种量子力学现象被引入的，但是在各种物理系统中都发现了与fano共振相似的不对称线形，并且通过经典的耦合谐振子模型可以很好的描述fano共振线形。fano共振的线形不对称性源于高损耗的宽共振或连续态与低损耗的窄共振或离散态之间的弱耦合。在光学中，可以通过两个损耗不同的共振腔耦合来实现fano共振。其中类eit共振是fano共振的一种特例（当两个损耗不同的腔共振频率相同时产生）。
技术实现思路
1、本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，解决的技术问题是如何利用多模传感高灵敏度和类eit共振高品质因数的优点，形成结构简单，易于实施的光学折射率传感器。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，包括传感波导、参考波导和衬底；所述传感波导包括依次相贴合设置的第一棱镜、基底片、第一低折射率介质层；所述参考波导包括依次相贴合设置的第二棱镜、第二低折射率介质层、硅片、第三低折射率介质层；传感波导和参考波导对称设置在衬底上，第三低折射率介质层与第一低折射率介质层相对；第三低折射率介质层和第一低折射率介质层之间留有空隙，所述空隙为传感波导的波导层，被测物质层位于所述空隙内；所述参考波导与传感波导耦合形成fano共振和类eit共振；所述传感波导利用多模传感提高灵敏度；所述的多模传感通过改变入射波的入射角来实现。
4、第三低折射率介质层与第一低折射率介质层相向而对，中间留有一段空隙，该空隙为传感波导的波导层，范围为150-200μm。可以通过首先将两平面调平行，后通过将其相互逼近获得。将待测液体注入空隙。由于空隙较窄，在加载液体时，可以加入适当压力，以排尽空隙中的空气。
5、优选的，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料的折射率均低于1.33，厚度均为200nm-2μm；其厚度通过调节匀胶机的转速来控制。
6、优选的，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料为聚合物材料。
7、更优的，所述聚合物材料为tygon se200或my-131-mc或my-132-mc。
8、优选的，所述衬底为顶面抛光的绝缘衬底。
9、更优的，所述绝缘衬底与基底片、第一棱镜、第二棱镜的材质均相同。第一棱镜、第二棱镜可以选择三角棱镜或半圆柱棱镜，其材质没有特殊的要求，可以选择各种材质，例如k9，二氧化硅等。系统基底片选用最好选用与棱镜一致的材料，这样可以避免产生其他不必要的反射峰，并且要求基底片的平行度小于10分。
10、更优的，衬底选用有一定强度的单面抛光的绝缘衬底即可，对其结晶性和取向没有特殊的要求， 可以选择 sio2、 al2o3、 k9 玻璃等衬底。
11、优选的，所述硅片为两面抛光，厚度范围为200-500μm，并且平行度小于10分，
12、优选的，所述被测物质层的宽度为50-200μm。
13、优选的，固定的方式为以下步骤：
14、1）第一棱镜、第二棱镜分别通过微量的光刻胶在边缘固化，将彼此相对位置固定后，统一键合或粘合到衬底上；
15、2）第一低折射率介质层以匀胶-固化的方式涂覆于基底片一面；第二低折射率介质层、第三低折射率介质层均以匀胶-固化的方式分别涂覆于硅片上；然后将基底片通过微量的光刻胶固定在第一棱镜上，将硅片通过微量的光刻胶固定在第二棱镜上。
16、本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：
17、1、本专利技术根据多模传感理论，通过调节入射光线的角度令电介质波导结构实现类似spr传感器的多模传感，可以大幅度提高传感器的灵敏度。并且光线以倏逝波的形式进入传感波导，不同于传统的法珀谐振腔，后者光线一般垂直进入谐振腔，在谐振腔内光纤以传输波的形式传播从而形成共振。同传输波相比，倏逝波对介质层的折射率变化更为敏感。
18、2、本专利技术利用参考波导与传感波导耦合形成fano共振，当两个波导共振峰的频率相同时，耦合产生类eit共振，利用类eit共振窄线宽的共振峰代替传感波导宽的共振峰提高了传感器的品质因数。与其它检测原理（表面等离子共振，回音壁模式）只能检测生物样品的表层相比，本专利技术所述的传感器由于传感波导较宽的宽度，因此传感器具有较大的穿透深度可以检测生物样品内部的折射率信息，有很好的生物应用潜力。
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1.一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，包括传感波导、参考波导和衬底；所述传感波导包括依次相贴合设置的第一棱镜、基底片、第一低折射率介质层；所述参考波导包括依次相贴合设置的第二棱镜、第二低折射率介质层、硅片、第三低折射率介质层；传感波导和参考波导对称设置在衬底上，第三低折射率介质层与第一低折射率介质层相对；第三低折射率介质层和第一低折射率介质层之间留有空隙，所述空隙为传感波导的波导层，被测物质层位于所述空隙内；所述参考波导与传感波导耦合形成Fano共振和类EIT共振；所述传感波导利用多模传感提高灵敏度；所述的多模传感通过改变入射波的入射角来实现。
2.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料的折射率均低于1.33，厚度均为200nm-2μm。
3.根据权利要求2所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料为聚合物材料。
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5.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述衬底为顶面抛光的绝缘衬底。
6.根据权利要求5所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述绝缘衬底与基底片、第一棱镜、第二棱镜的材质均相同。
7.根据权利要求6所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述绝缘衬底的材质为SiO2玻璃或Al2O3玻璃或K9玻璃。
8.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述硅片为两面抛光，厚度范围为200-500μm。
9.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述空隙的宽度为150-200μm，所述被测物质层的宽度为50-200μm。
10.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，固定的方式为以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，包括传感波导、参考波导和衬底；所述传感波导包括依次相贴合设置的第一棱镜、基底片、第一低折射率介质层；所述参考波导包括依次相贴合设置的第二棱镜、第二低折射率介质层、硅片、第三低折射率介质层；传感波导和参考波导对称设置在衬底上，第三低折射率介质层与第一低折射率介质层相对；第三低折射率介质层和第一低折射率介质层之间留有空隙，所述空隙为传感波导的波导层，被测物质层位于所述空隙内；所述参考波导与传感波导耦合形成fano共振和类eit共振；所述传感波导利用多模传感提高灵敏度；所述的多模传感通过改变入射波的入射角来实现。
2.根据权利要求1所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料的折射率均低于1.33，厚度均为200nm-2μm。
3.根据权利要求2所述的一种基于两个平面波导耦合的光学折射率传感器，其特征在于，所述第一低折射率介质层、第二低折射率介质层、第三低折射率介质层使用的介质材料为聚合物材料。
4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：菅傲群，赵彪，尹鹏飞，桑鲁骁，周传刚，葛阳，
申请(专利权)人：山西省六维人工智能生物医学研究院，
类型：发明
国别省市：
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