一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器，包括一條輸入直波導、第一右半圓環(huán)波導、第一直波導、第一左半圓環(huán)波導、第二直波導、第二右半圓環(huán)波導、第三直波導、第二左半圓環(huán)波導以及一條輸出直波導，所述輸入直波導、第一直波導、第二直波導、第三直波導以及輸出直波導相互平行。本實用新型專利技術通過采用一條螺旋波導結構構成的雙跑道型諧振腔，由于游標效應，使得二者的傳輸譜疊加，獲得具有寬自由光譜范圍和高靈敏度的諧振峰，通過測量這種具有高靈敏度的諧振峰的漂移，從而測得波導內(nèi)模式有效折射率的變化，進一步獲得被測物質(zhì)折射率和濃度的信息。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器
本技術屬于光生化傳感
，具體涉及一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器的設計。
技術介紹
光學生化傳感器已經(jīng)應用于生化傳感器的諸多領域，成為當今光學傳感器件的重要組成部分，并且被廣泛應用于民用和軍事領域。如何縮小光學生化傳感器件的結構尺寸，實現(xiàn)大的探測范圍和高的傳感靈敏度是實現(xiàn)光學傳感器件小型化、實用化的關鍵技術問題。光學生化傳感器是一種把待測生化物質(zhì)所表達的信號轉(zhuǎn)換為電信號的物理或化學換能器，用現(xiàn)代微電子和自動化儀表技術進行信號的再加工，構成各種可以使用的生化傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。生化傳感器通常是對氣體、液體、生物大分子等微流體進行檢測，其原理在于待測樣本中生物化學分子會引起光學生化傳感器中光波傳輸性質(zhì)的改變，其表現(xiàn)為光學生化傳感器的倏逝場發(fā)生變化，也即將樣本中的生物化學分子濃度信號轉(zhuǎn)換為光信號變化，通過測量光場的變化量就可以知道待測物質(zhì)的信息。目前光學生化傳感器的光波導結構有馬赫曾德爾干涉型、光柵、以及法布里-珀羅(FP)腔、環(huán)形腔、表面等離子體共振等結構。對基于光學諧振腔結構，如FP腔，環(huán)形腔等的光學生化傳感器而言，諧振效應的引入可使光信號在光學諧振腔內(nèi)不斷諧振和放大，因此等效于光學生化傳感器探測長度的增力口，更能引起相位或強度等光信號變化到可探測的量值，進而實現(xiàn)在小尺寸光學生化傳感器上達到較好的傳感性能，另外小尺寸的光學生化傳感器也便于光學生化傳感器系統(tǒng)的小型化與微型化，將有效地降低系統(tǒng)成本。但是基于現(xiàn)有的單一螺旋結構和微環(huán)諧振腔結構，其自由光譜范圍小，可探測的動態(tài)范圍小，器件制作的難度大且難以實現(xiàn)器件小型化和便攜化，不利于對各種生物、化學成分進行簡便操作。
技術實現(xiàn)思路
本技術的目的是為了克服現(xiàn)有單一螺旋結構和微環(huán)諧振腔結構自由光譜范圍小、難以實現(xiàn)小型化輕便化的缺點而提供一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器。本技術解決其技術問題采用的技術方案是:一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器，包括一條輸入直波導、第一右半圓環(huán)波導、第一直波導、第一左半圓環(huán)波導、第二直波導、第二右半圓環(huán)波導、第三直波導、第二左半圓環(huán)波導以及一條輸出直波導，所述輸入直波導、第一直波導、第二直波導、第三直波導以及輸出直波導相互平行；所述第一右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出輸入直波導的第二端和第一直波導的第二端，所述第一左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第一直波導的第一端和第二直波導的第一端，所述第二右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第二直波導的第二端和第三直波導的第二端，所述第二左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第三直波導的第一端和輸出直波導的第一端，所述輸入直波導的第一端作為輸入端，所述輸出直波導的第二端作為輸出端；所述第一直波導和第三直波導構成第一方向f禹合器,所述第二直波導和輸出直波導構成第二方向I禹合器，所述第一左半圓環(huán)波導、第一方向I禹合器、第二方向I禹合器以及第二右半圓環(huán)波導構成內(nèi)環(huán)跑道型形諧振腔，所述第二右半圓環(huán)波導、第一方向耦合器、第二方向耦合器以及第二左半圓環(huán)波導構成外環(huán)跑道型形諧振腔。進一步的，所述第一右半圓環(huán)波導的半徑為R1，第一左半圓環(huán)波導的半徑為R2，第二右半圓環(huán)波導的半徑為R3，第二左半圓環(huán)波導的半徑為R4，所述Rl < R2 < R3 < R4。進一步的，所述第一直波導的長度為Lcl，第二直波導的長度為Lc2，第三直波導的長度為Lc3，輸出直波導的長度為Lc4，所述Lcl < Lc2 < Lc3 < Lc4。進一步的，所述波導為無源脊形波導或條形波導。本技術的有益效果:本技術一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器通過采用一條螺旋波導結構構成的雙跑道型諧振腔，由于游標效應，使得二者的傳輸譜疊加，獲得具有寬自由光譜范圍和高靈敏度的諧振峰，通過測量這種具有高靈敏度的諧振峰的漂移，從而測得波導內(nèi)模式有效折射率的變化，進一步獲得被測物質(zhì)折射率和濃度的信息；另外，由于采用了波導的螺旋結構，使得可以在達到相同傳感性能的條件下，大大減小光學生化傳感器的體積，有利于實現(xiàn)生化傳感器的微型化與片上傳感系統(tǒng)，因此，本技術與其他的生化傳感芯片相比，具有制作工藝標準化、價格低、體積小、便于集成化、傳感性能優(yōu)。【附圖說明】圖1是本技術實施例的一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器的結構示意圖；圖2是本技術
技術介紹
中單一耦合跑道型結構的傳輸譜示意圖；圖3是本技術實施例的一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器的傳輸譜示意圖；圖4是在不同NaCl溶液濃度下本技術實施例一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器對不同波長光波的響應曲線圖；其中:10_輸入直波導、11-第一右半圓環(huán)波導、12-第一直波導、13-第一左半圓環(huán)波導、14-第二直波導、15-第二右半圓環(huán)波導、16-第三直波導、17-第二左半圓環(huán)波導、18-輸出直波導、20-第一方向I禹合器、21-第二方向I禹合器、13-20-15-21內(nèi)環(huán)跑道型形諧振腔、15-20-17-21外環(huán)跑道型形諧振腔。【具體實施方式】下面結合附圖和具體的實施例對本技術作進一步的闡述。如圖1所示為本技術實施例的一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器的結構不意圖，包括一條輸入直波導10、第一右半圓環(huán)波導11、第一直波導12、第一左半圓環(huán)波導13、第二直波導14、第二右半圓環(huán)波導15、第三直波導16、第二左半圓環(huán)波導17以及一條輸出直波導18，所述輸入直波導10、第一直波導12、第二直波導14、第三直波導16以及輸出直波導18相互平行；所述第一右半圓環(huán)波導11的兩端分別延伸出輸入直波導10的第二端和第一直波導12的第二端,所述第一左半圓環(huán)波導13的兩端分別延伸出第一直波導12的第一端和第二直波導14的第一端，所述第二右半圓環(huán)波導15的兩端分別延伸出第二直波導14的第二端和第三直波導16的第二端，所述第二左半圓環(huán)波導17的兩端分別延伸出第三直波導16的第一端和輸出直波導18的第一端,所述輸入直波導10的第一端作為輸入端，所述輸出直波導18的第二端作為輸出端；所述第一直波導12和第三直波導16構成第一方向稱合器20,所述第二直波導14和輸出直波導18構成第二方向f禹合器21,所述第一左半圓環(huán)波導13、第一方向f禹合器20、第二方向耦合器21以及第二右半圓環(huán)波導15構成內(nèi)環(huán)跑道型形諧振腔，所述第二右半圓環(huán)波導15、第一方向f禹合器20、第二方向f禹合器21以及第二左半圓環(huán)波導17構成外環(huán)跑道型形諧振腔。其中，所述第一右半圓環(huán)波導11的半徑為Rl，第一左半圓環(huán)波導13的半徑為R2，第二右半圓環(huán)波導15的半徑為R3，第二左半圓環(huán)波導17的半徑為R4，所述Rl < R2 < R3< R4。所述第一直波導12的長度為Lcl，第二直波導14的長度為Lc2，第三直波導16的長度為Lc3，輸出直波導18的長度為Lc4，所述Lcl < Lc2 < Lc3 < Lc4。[002 0]本技術一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器，通過將兩個獨立的耦合間距和耦合長度聯(lián)系起來，實現(xiàn)對耦合系數(shù)的靈活控制，給復雜微本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器，其特征在于，包括一條輸入直波導、第一右半圓環(huán)波導、第一直波導、第一左半圓環(huán)波導、第二直波導、第二右半圓環(huán)波導、第三直波導、第二左半圓環(huán)波導以及一條輸出直波導，所述輸入直波導、第一直波導、第二直波導、第三直波導以及輸出直波導相互平行；所述第一右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出輸入直波導的第二端和第一直波導的第二端，所述第一左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第一直波導的第一端和第二直波導的第一端，所述第二右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第二直波導的第二端和第三直波導的第二端，所述第二左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第三直波導的第一端和輸出直波導的第一端，所述輸入直波導的第一端作為輸入端，所述輸出直波導的第二端作為輸出端；?所述第一直波導和第三直波導構成第一方向耦合器，所述第二直波導和輸出直波導構成第二方向耦合器，所述第一左半圓環(huán)波導、第一方向耦合器、第二方向耦合器以及第二右半圓環(huán)波導構成內(nèi)環(huán)跑道型諧振腔，所述第二右半圓環(huán)波導、第一方向耦合器、第二方向耦合器以及第二左半圓環(huán)波導構成外環(huán)跑道型諧振腔。

【技術特征摘要】
1.一種基于螺旋跑道型干涉結構的光學生化傳感器，其特征在于，包括一條輸入直波導、第一右半圓環(huán)波導、第一直波導、第一左半圓環(huán)波導、第二直波導、第二右半圓環(huán)波導、第三直波導、第二左半圓環(huán)波導以及一條輸出直波導，所述輸入直波導、第一直波導、第二直波導、第三直波導以及輸出直波導相互平行；所述第一右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出輸入直波導的第二端和第一直波導的第二端，所述第一左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第一直波導的第一端和第二直波導的第一端，所述第二右半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第二直波導的第二端和第三直波導的第二端，所述第二左半圓環(huán)波導的兩端分別延伸出第三直波導的第一端和輸出直波導的第一端，所述輸入直波導的第一端作為輸入端，所述輸出直波導的第二端作為輸出端； 所述第一直波導和第三直波導構成第一方向I禹合器，所述第二直波導和輸出直波導構成第二方向I禹合器，所述第一左半圓環(huán)波導、第一方向I禹合...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王卓然，袁國慧，王軍，姚佳，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：實用新型
國別省市：