双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔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双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器，包括一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构和一条反馈波导回路，所述平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构包括：一条输入直波导、一条输出直波导、一个嵌套了马赫曾德尔结构MZI的微环谐振腔。本发明专利技术通过采用一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构、一条反馈波导回路、一个输入光栅垂直耦合器和一个输出光栅垂直耦合器，基于游标效应，使得非平衡马赫曾德尔结构和双通平行信道微环谐振腔的传输谱相叠加，获得具有更高灵敏度、更宽可探测动态范围和更大性噪比的传感特性谱图。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器，包括一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构和一条反馈波导回路，所述平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构包括：一条输入直波导、一条输出直波导、一个嵌套了马赫曾德尔结构MZI的微环谐振腔。本专利技术通过采用一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构、一条反馈波导回路、一个输入光栅垂直耦合器和一个输出光栅垂直耦合器，基于游标效应，使得非平衡马赫曾德尔结构和双通平行信道微环谐振腔的传输谱相叠加，获得具有更高灵敏度、更宽可探测动态范围和更大性噪比的传感特性谱图。【专利说明】双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器
本专利技术属于光生化传感
，具体涉及一种双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器的设计。
技术介绍
随着光子学技术的日趋成熟以及它在生物和化学领域应用的不断扩展，光学生化传感器的应用范围已经覆盖了生化传感器的诸多领域，成为当今生化传感器件的重要组成部分。生化传感器不仅广泛应用于传统的医学领域，而且还在环境监测、农作物保护、国土安全等方面有着广泛的应用。光学生化传感器是一种以某种生物化学成分为敏感基元，以光学信号为载体，对目标检测物具有高选择性和高灵敏度的检测器件。生化传感器通常是对气体、液体、生物大分子等微流体进行检测，待分析的样本至少覆盖整个波导器件的上方区域，待分析样本浓度的变化或免疫反应的发生都将改变波导包层的折射率，该变化被光波的倏逝场分量所感应，从而引起光波模式有效折射率的改变，并使得光在环中的传输性质发生变化。通过测量光场的变化量就可以知道待测物质的信息。基于消逝波传感的光学生化传感器近年来被广泛应用于生物分子检测、水体中重金属成分分析以及空气污染监测等领域。目前较常用的光波导型的生化传感器主要有基于表面等离子体型(SPR)、环形谐振腔型(MRR)、马赫曾德尔干涉仪型(MZI)以及光栅型(Grating),它们各自存在自己的优势和不足。微环谐振腔由于具有尺寸小、集成度高、谐振增强等特点，是生物传感器常选用的结构之一。特别是近年来，随着游标效应的深入研究，基于游标效应的双环级联微环谐振腔已实现了超高灵敏度的光学传感。马赫曾德尔干涉结构由于其自由光谱范围(FSR)大的特点同样也得到了广泛的应用。基于游标效应可以同时利用微环谐振腔和MZI各自的优势实现超紧凑、高灵敏度、大自由光谱范围的光学生化传感器。但在目前常见的结构中，通道利用率低，结构不够紧凑，微环谐振腔的谐振效应还未得到充分利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有生化传感器通道效率低、结构不紧凑的缺点而提供一种双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是:双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器，包括一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构和一条反馈波导回路，所述平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构包括:一条输入直波导、一条输出直波导、一个嵌套了马赫曾德尔结构MZI的微环谐振腔，所述嵌套了 MZI的微环谐振腔包括:第一直波导、第一左半圆反馈环波导、第一右半圆反馈环波导、第二直波导、环形波导以及第三直波导，所述反馈波导回路包括:第二左半圆反馈环波导、第八直波导、第二右半圆反馈环波导，所述第二直波导和第三直波导共线，所述输入直波导、输出直波导、第一直波导、第八直波导平行与第二直波导和第三直波导平行；输入直波导依次包括第一输入端、第四直波导、第二输入端；输出直波导依次包括第一输出端、第五直波导、第六直波导、第七直波导以及第二输出端；所述第一左半圆反馈环波导的两端分别延伸出第一直波导的第一端和第二直波导的第一端，第一右半圆反馈环波导的两端分别延伸出第一直波导的第二端和第三直波导的第二端，环形波导的两端分别延伸出第二直波导的第二端和第三直波导的第一端；第二左半圆反馈环波导的两端分别延伸出第八直波导的第一端和输出直波导的第一输出端的第一端；第二右半圆反馈环波导的两端分别延伸出第八直波导的第二端和输入直波导的第二输入端的第二端；所述第一直波导与第四直波导构成第一方向I禹合器，所述第二直波导与第五直波导构成第二方向I禹合器，所述第三直波导与第七直波导构成第三方向I禹合器，所述环形波导与第六直波导构成马赫曾德尔干涉仪结构，所述环形波导作为马赫曾德尔干涉仪结构的弯曲臂，所述第六直波导作为马赫曾德尔干涉仪结构的直臂。进一步的，还包括一个输入光栅垂直稱合器和一个输出光栅垂直稱合器，所述输入光栅垂直I禹合器的末端延伸出输入直波导的第一输入端，输出直波导的第二输出端延伸出输出光栅垂直I禹合器的始端。进一步的，所述环形波导包括第一 1/4左圆环、第二半圆环、第一 1/4右圆环，第一1/4左圆环的两端分别延伸出第二直波导的第二端和第二半圆环的第一端，第一 1/4右圆环的两端分别延伸出第二半圆环的第二端和第三直波导的第一端，所述第一 1/4左圆环、第一1/4右圆环的内径与第二半圆环的内径相切，且第一1/4左圆环、第二半圆环、第一1/4右圆环之间的连接处呈平滑连接。进一步的，所述第一1/4左圆环和第一1/4右圆环的内径为R2，第二半圆环的内径为R3，所述R2和R3相等。更进一步的，所述第一左半圆反馈环波导和第一右半圆反馈环波导的半径为R1，所述Rl大于R2、R3。更进一步的，所述第二左半圆反馈环波导的半径为R4，所述R4大于R1。更进一步的，所述第二右半圆反馈环波导的半径为R5，所述R5小于R4。进一步的，所述输入直波导、输出直波导与所述环形波导之间的耦合通过第一方向率耦合器、第二方向耦合器和第三方向耦合器实现。进一步的，所述波导为无源脊形波导或条形波导。本专利技术的有益效果:本专利技术双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器通过采用一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构、一条反馈波导回路、一个输入光栅垂直耦合器和一个输出光栅垂直耦合器，基于游标效应，使得非平衡马赫曾德尔结构和双通平行信道微环谐振腔的传输谱相叠加，获得具有更高灵敏度、更宽可探测动态范围和更大性噪比的传感特性谱图；并且采用输入光栅垂直耦合器、输出光栅垂直耦合器结合反馈波导回路，将输出直波导的第一输出端通过反馈波导回路再次引入到平行信道微环谐振腔的输入直波导的第二输入端，光二次注入到整个器件中，由输出直波导的第二输出端输出；将输入端口和输出端口分开，充分利用了平行信道微环谐振腔的四个端口，不仅增加了光与物质相互作用的有效长度，而且使得输入端口光源的强度噪声对最后输出端口的影响较小，同时也屏蔽了光输在入直波导两端面来回震荡所导致的F-P效应对最终输出光的影响，故而有效减小整个传感器的背景噪声；同时，其也将传感器的最佳工作点移至是输出功率最大值附近，因此信号功率较强，相应的信号噪声比(SNR)更大，更有利于探测。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例的双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器的结构示意图；图2为输入光栅垂直耦合器的结构示意图；图3为光栅垂直耦合器结构的剖面图；其中:1-2-3-平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构，1-输入直波导、2-输出直波导、3-嵌套了 MZI结构的微环谐振腔、4-反馈波导回路、30-第一左半圆反馈环波导、31-第一直波本文档来自技高网...

【技术保护点】
双通平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构的光学生化传感器，其特征在于，包括一个平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构和一条反馈波导回路，所述平行信道微环嵌套马赫曾德尔结构包括：一条输入直波导、一条输出直波导、一个嵌套了马赫曾德尔结构MZI的微环谐振腔，所述嵌套了MZI的微环谐振腔包括：第一直波导、第一左半圆反馈环波导、第一右半圆反馈环波导、第二直波导、环形波导以及第三直波导，所述反馈波导回路包括：第二左半圆反馈环波导、第八直波导、第二右半圆反馈环波导，所述第二直波导和第三直波导共线，所述输入直波导、输出直波导、第一直波导、第八直波导平行与第二直波导和第三直波导平行；输入直波导依次包括第一输入端、第四直波导、第二输入端；输出直波导依次包括第一输出端、第五直波导、第六直波导、第七直波导以及第二输出端；所述第一左半圆反馈环波导的两端分别延伸出第一直波导的第一端和第二直波导的第一端，第一右半圆反馈环波导的两端分别延伸出第一直波导的第二端和第三直波导的第二端，环形波导的两端分别延伸出第二直波导的第二端和第三直波导的第一端；第二左半圆反馈环波导的两端分别延伸出第八直波导的第一端和输出直波导的第一输出端的第一端；第二右半圆反馈环波导的两端分别延伸出第八直波导的第二端和输入直波导的第二输入端的第二端；所述第一直波导与第四直波导构成第一方向耦合器，所述第二直波导与第五直波导构成第二方向耦合器，所述第三直波导与第七直波导构成第三方向耦合器，所述环形波导与第六直波导构成马赫曾德尔干涉仪结构，所述环形波导作为马赫曾德尔干涉仪结构的弯曲臂，所述第六直波导作为马赫曾德尔干涉仪结构的直臂。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓然，袁国慧，姚佳，何涛，王军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：