狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵fp腔光學(xué)生化傳感芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔光學(xué)生化傳感芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的SOI基體，所述SOI基體的單晶硅層包含第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔，所述第一光學(xué)諧振腔與第二光學(xué)諧振腔具有不相同的自由光譜范圍，二者光學(xué)耦合連接，所述第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔同為光柵FP腔。由于在方案中引入狹縫光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而狹縫波導(dǎo)能夠?qū)⒐鈽O大的限制在狹縫區(qū)域以增強(qiáng)光和物質(zhì)之間的相互作用，其優(yōu)勢(shì)在于狹縫空間中的光能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于倏逝場(chǎng)中光能量的密度，光與物質(zhì)相互作用更強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度更高。并可以在達(dá)到相同傳感性能的條件下，有利于實(shí)現(xiàn)光學(xué)生化傳感器的微型化與片上傳感系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔光學(xué)生化傳感芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)氣體分子或者生物分子等特定的化學(xué)或生物物質(zhì)的檢測(cè)技術(shù)，具體涉及光傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于游標(biāo)效應(yīng)光學(xué)諧振腔生化傳感芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]生化傳感器是一種生物活性材料與相應(yīng)換能器的結(jié)合體，它用于測(cè)定特定的化學(xué)或生物物質(zhì)。由于測(cè)定這些化學(xué)或生物物質(zhì)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、疾病監(jiān)控以及藥物研發(fā)中具有重要意義，所以對(duì)生化傳感器的研究已經(jīng)顯得非常重要。目前典型的光學(xué)生化傳感器主要可分為熒光標(biāo)記型光學(xué)生化傳感器和無(wú)標(biāo)記型光學(xué)生化傳感器兩大類，由相關(guān)的文獻(xiàn)可知，熒光標(biāo)記型光學(xué)生化傳感器雖然已被用于探測(cè)和辨別特定的生物化學(xué)分子，但卻有設(shè)備龐大、操作復(fù)雜及花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，且通常需要具有一定專業(yè)技術(shù)的專人操作，普及成本較高，同時(shí)，用于標(biāo)記的熒光分子還有可能影響樣本的探測(cè)。相比而言，無(wú)標(biāo)記型光學(xué)生化傳感器的尺寸更小，成本更低，應(yīng)用方法也更為便捷，而且在測(cè)量過(guò)程中不再引入新的干擾，結(jié)果也更加可靠。
[0003]基于絕緣襯底上的娃(Silicon-On-1nsulator, SOI)的光學(xué)生化傳感器就是一種無(wú)標(biāo)記型光學(xué)生化傳感器，同時(shí)也正是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從現(xiàn)有的基于SOI的光學(xué)生化傳感器來(lái)看，大多采用了倏逝波(消逝波)探測(cè)原理，倏逝波是指由于全反射而在兩種不同介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生的一種電磁波，其幅值隨與分界面相垂直的深度的增大而呈指數(shù)形式衰減，通過(guò)檢測(cè)所述的光學(xué)生化傳感器光波導(dǎo)的倏逝波以探測(cè)樣本生物化學(xué)物質(zhì)。其原理在于待測(cè)樣本中生物化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起光學(xué)生化傳感器中光波傳輸性質(zhì)的改變(表現(xiàn)為光學(xué)生化傳感器的有效折射率的變化)，也即將使樣本中的生物化學(xué)物質(zhì)濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)變化。目前已用于傳感的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有馬赫澤德干涉計(jì)、光柵、以及法布里-伯羅(FP)腔、環(huán)形腔、表面等離子體共振等結(jié)構(gòu)。其中，對(duì)基于光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)(如FP腔、環(huán)形腔等)的光學(xué)生化傳感器而言，諧振效應(yīng)的引入可使光信號(hào)在諧振腔內(nèi)不斷諧振和放大，因此等效于光學(xué)生化傳感器探測(cè)長(zhǎng)度的增加，更能引起相位(或強(qiáng)度)等光信號(hào)變化到可探測(cè)的量值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在小尺寸光學(xué)生化傳感器上達(dá)到較好的傳感性能，另外小尺寸的光學(xué)生化傳感器也便于光學(xué)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。
[0004]此外，基于游標(biāo)效應(yīng)的光學(xué)生化傳感器近年來(lái)被人們逐漸提出，這種傳感器是利用兩個(gè)具有不同自由光譜范圍的傳感子系統(tǒng)，組成一個(gè)新的傳感系統(tǒng)。這種新的傳感系統(tǒng)的工作原理是:由于其兩個(gè)子系統(tǒng)的自由光譜范圍(FSR)不同，因此，整個(gè)傳感系統(tǒng)的自由光譜范圍應(yīng)該是兩個(gè)子系統(tǒng)的自由光譜范圍的最小公倍數(shù)。因此，這種傳感器具有很大的自由光譜范圍以及很大的測(cè)量范圍。并且，如果我們將其中的一個(gè)傳感子系統(tǒng)作為參考系統(tǒng)，另外一個(gè)傳感子系統(tǒng)作為傳感系統(tǒng)，我們可以得到靈敏度很高的傳感器。
[0005]在現(xiàn)有的對(duì)氣體分子或者生物分子等特定的化學(xué)或生物物質(zhì)的檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】中，在將基于SOI的片上系統(tǒng)的可小型化的優(yōu)勢(shì)和基于游標(biāo)效應(yīng)的系統(tǒng)測(cè)量精度等優(yōu)勢(shì)相結(jié)合的實(shí)例幾乎沒(méi)有。在現(xiàn)有技術(shù)中，基于SOI的片上系統(tǒng)多采用倏逝波探測(cè)的形式，可是大部分片上系統(tǒng)中由于倏逝波能量密度低，使得它們的靈敏度比較低，對(duì)待分析物不是太敏感，因此測(cè)量時(shí)對(duì)光電探測(cè)裝置的要求相應(yīng)較高，進(jìn)而使系統(tǒng)的整體成本也相應(yīng)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決某些生物化學(xué)物質(zhì)的探測(cè)問(wèn)題，在現(xiàn)有技術(shù)中主流的基于光學(xué)探測(cè)的生化傳感器的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步解決其利用倏逝波探測(cè)原理及單系統(tǒng)探測(cè)所存在的倏逝波能量密度低導(dǎo)致探測(cè)難度大及單系統(tǒng)測(cè)量范圍窄、靈敏度不高等問(wèn)題，提出了 一種基于游標(biāo)效應(yīng)光學(xué)諧振腔生化傳感芯片。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的SOI基體，其特征在于，所述SOI基體的單晶硅層包含第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔，所述第一光學(xué)諧振腔與第二光學(xué)諧振腔具有不相同的自由光譜范圍，二者光學(xué)耦合連接，所述第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔同為光柵FP腔。
[0008]進(jìn)一步的，上述光學(xué)諧振腔生化傳感芯片的SOI基體的單晶硅層還包括狹縫光波導(dǎo)，所述狹縫光波導(dǎo)位于第一光學(xué)諧振腔和/或第二光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上。
[0009]上述狹縫光波導(dǎo)的狹縫為垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下刻蝕形成的狹縫；
[0010]上述狹縫光波導(dǎo)的狹縫深度等于單晶硅層厚度；
[0011]上述狹縫光波導(dǎo)的狹縫寬度為80nm?120nm。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的光學(xué)諧振腔生化傳感芯片通過(guò)在頂部的單晶硅層形成兩個(gè)自由光譜范圍不同且相互以光學(xué)耦合方式相連接的光學(xué)諧振腔形成游標(biāo)效應(yīng)，用于檢測(cè)外界物質(zhì)對(duì)光信號(hào)的影響。此外，由于在方案中引入狹縫光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而狹縫波導(dǎo)能夠?qū)⒐鈽O大的限制在狹縫區(qū)域以增強(qiáng)光和物質(zhì)之間的相互作用，使光信號(hào)的檢測(cè)從傳統(tǒng)的倏逝場(chǎng)轉(zhuǎn)向狹縫空間，其優(yōu)勢(shì)在于狹縫空間中的光能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于倏逝場(chǎng)中光能量的密度，光與物質(zhì)相互作用更強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度更高，降低了對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求，檢測(cè)難度進(jìn)一步降低。另外，這種傳感芯片采用光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)，利用光學(xué)諧振腔的諧振效應(yīng)，使得可以在達(dá)到相同傳感性能的條件下，大大減小光學(xué)生化傳感芯片的體積，有利于實(shí)現(xiàn)光學(xué)生化傳感器的微型化與片上傳感系統(tǒng)。以SOI材料為基體，可以利用成熟的微電子CMOS加工工藝，使得這種光學(xué)生化傳感芯片易于大規(guī)模批量生產(chǎn)，有利于降低光學(xué)生化傳感芯片的成本。本光學(xué)生化傳感芯片既可用于生物大分子(蛋白質(zhì)或者是DNA)液體樣本探測(cè)，也可用于氣體分子檢測(cè)。因此，本發(fā)明與其他的生化傳感芯片相比，具有制作工藝標(biāo)準(zhǔn)化、價(jià)格低、體積小、便于集成化、傳感性能優(yōu)良及適用范圍廣等一系列特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1-1為實(shí)施例的光學(xué)生化傳感芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖1-2為實(shí)施例的光學(xué)生化傳感芯片的橫截面視圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的光學(xué)諧振腔生化傳感芯片構(gòu)成的生化傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
[0017]如圖1-1和圖1-2所示，本實(shí)施例的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的光學(xué)諧振腔生化傳感芯片為狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔光學(xué)生化傳感芯片，包括自下而上依次層疊并鍵合的硅基層11、二氧化硅層12和單晶硅層13構(gòu)成的SOI基體，所述SOI基體的單晶硅層13包含第一光學(xué)諧振腔14和第二光學(xué)諧振腔15，所述第一光學(xué)諧振腔14與第二光學(xué)諧振腔15具有不相同的自由光譜范圍，二者光學(xué)耦合連接。在本實(shí)施例中，第一光學(xué)諧振腔14和第二光學(xué)諧振腔15均為光柵FP腔。光學(xué)諧振腔具有選頻的作用，以上所述的兩個(gè)光學(xué)諧振腔的不相同的自由光譜范圍即是指第一光學(xué)諧振腔14和第二光學(xué)諧振腔15所對(duì)應(yīng)的自由光譜范圍(相鄰諧振波長(zhǎng)的間距)不相同，目的在于使當(dāng)所述的兩個(gè)光學(xué)諧振腔相耦合連接時(shí)可以借助形成的游標(biāo)效應(yīng)增大芯片的傳感范圍和提高芯片的測(cè)量精度。由于基于游標(biāo)效應(yīng)的傳感器應(yīng)用已為傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】的現(xiàn)有技術(shù)，其兩個(gè)諧振腔的自由波長(zhǎng)范圍的確定也就成了本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的基本常識(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)有限實(shí)驗(yàn)而確定，故在此不做詳述。所述的光學(xué)耦合連接是指通過(guò)接口匹配及結(jié)構(gòu)對(duì)接等技術(shù)實(shí)現(xiàn)將所述的兩個(gè)光學(xué)諧振腔相互連接，并使耦合連接后的兩個(gè)光學(xué)諧振腔滿足光信號(hào)在二者間自由傳輸?shù)囊蟆?br> [0018]在本實(shí)施例的上述方案中，由于其中的部分方案還沿用了現(xiàn)有的基于SOI的傳感芯片利用其倏逝場(chǎng)探測(cè)的方式，故在此基礎(chǔ)上還存在進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)空間，為了克服上述方案中利用倏逝場(chǎng)探測(cè)方式的步驟，這里提出一種基于上述方案的本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，該優(yōu)選實(shí)施方式在光學(xué)諧振腔生化傳感芯片的SOI基體的單晶硅層還包括狹縫光波導(dǎo)，狹縫光波導(dǎo)位于第一光學(xué)諧振腔和/或第二光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上。設(shè)置狹縫光波導(dǎo)可以將傳輸路徑上的光信號(hào)大量集中到狹縫中，在傳感器應(yīng)用時(shí)，可以使被測(cè)樣品通過(guò)狹縫空間，這樣被測(cè)樣品和光信號(hào)即被限制在狹縫空間內(nèi)相互作用，其作用強(qiáng)度相對(duì)于通過(guò)倏逝波作用將更強(qiáng)。同時(shí)，該作用后的變化信息被反饋與檢測(cè)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)靈敏度等性能的目的。由于只要是在光信號(hào)傳播的路徑上設(shè)置該狹縫光波導(dǎo)即可實(shí)現(xiàn)上述目的，只是在實(shí)現(xiàn)效果的程度上略有不同，故該狹縫光波導(dǎo)可設(shè)置于系統(tǒng)光信號(hào)傳播路徑的任一位置，比如說(shuō)可以設(shè)置在第一光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上或者設(shè)置于第二光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上，也可在所述的兩個(gè)光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上均設(shè)置該狹縫光波導(dǎo)，其效果以同時(shí)設(shè)置為優(yōu)。此外，所述的狹縫光波導(dǎo)優(yōu)選為垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下開(kāi)設(shè)，且狹縫槽的深度與單晶硅層的厚度相等，此時(shí)光信號(hào)與被測(cè)樣品在狹縫光波導(dǎo)中的作用效果最好。進(jìn)一步的，這里的狹縫光波導(dǎo)的狹縫寬度為80nm?120nm。其作用在于使狹縫槽中光信號(hào)與被測(cè)樣品的作用效果最優(yōu)，因?yàn)楠M縫槽過(guò)寬其聚集光信號(hào)的能力將無(wú)明顯改善甚至變差，同時(shí)會(huì)以犧牲器件的小型化為代價(jià)，若狹縫過(guò)窄將同時(shí)影響樣品進(jìn)入狹縫和光信號(hào)的聚集，故通過(guò)優(yōu)化得出此狹縫寬度的取值范圍。特別的，在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所涉及的狹縫槽和狹縫光波導(dǎo)屬于同一結(jié)構(gòu)的不同表述方式；光柵FP腔和光柵FP諧振腔也同屬于同一結(jié)構(gòu)的不同表述方式。
[0019]對(duì)于本實(shí)施例中采用的作為第一及第二光學(xué)諧振腔的光柵FP腔，其中任一的光柵FP腔包含包括第一光柵141和第二光柵142，第一光柵141和第二光柵142開(kāi)設(shè)于狹縫光波導(dǎo)上，所述第一光柵和第二光柵結(jié)構(gòu)相同并相隔一定的距離山且在狹縫光波導(dǎo)上形成光柵FP腔，所述距離d根據(jù)光信號(hào)波段及光柵參數(shù)確定。光柵FP腔在本實(shí)施例的方案中用于波長(zhǎng)的選擇，利用光柵FP腔的諧振效應(yīng)，能夠在器件微小尺寸條件下實(shí)現(xiàn)讓光與物質(zhì)充分接觸，提高傳感性能。由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)光柵的相位條件以及FP諧振腔的諧振條件能夠容易地確定距離d和光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，故在此不作詳細(xì)描述。具體的，本實(shí)施例的第一光柵141或第二光柵142包括不少于3個(gè)不多于25個(gè)周期單元。所述的光柵周期單元的周期是指一個(gè)周期單元的橫向長(zhǎng)度值，在本實(shí)施例中優(yōu)選為0.3um?0.6um之任一值。進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的光柵周期單元的占空比為40%?70%之任一值，這里的占空比在本實(shí)施例中是指構(gòu)成光柵周期單元中被刻蝕槽的寬度占整個(gè)光柵周期單元橫向長(zhǎng)度的比例。光柵周期單元中被刻蝕槽的深度為單晶硅層厚度的70%?100%。光柵周期單元的縱向長(zhǎng)度占長(zhǎng)方形基體寬度的比例為70%?100%之任一值。其中，涉及的光柵周期單元的橫向與縱向等方向描述為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的公知常識(shí)，是本領(lǐng)域默認(rèn)的清楚的表述方式，將其用于發(fā)明方案中技術(shù)方案的參數(shù)限定自然也是清楚的。
[0020]生化傳感器主要用于生物大分子如DNA或者蛋白質(zhì)檢測(cè)等以及軍事上有毒氣體或者病毒的檢測(cè)。下面結(jié)合具體應(yīng)用對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳述:
[0021]應(yīng)用與檢測(cè)出未知樣本中是否含有某種我們希望檢測(cè)到的物質(zhì)或者檢測(cè)未知樣本中含有哪些物質(zhì)，這要求傳感器對(duì)不同物質(zhì)具有的選擇性不同，表現(xiàn)為傳感器的特異性傳感，通常的做法是在傳感器的外表面涂敷一層生物敏感材料，當(dāng)某種具有特異性的生物大分子隨流體樣本進(jìn)入到傳感器流體通道中并流過(guò)傳感芯片時(shí)，該生物大分子就會(huì)與傳感芯片表面的敏感材料發(fā)生親和反應(yīng)，使傳感芯片的表面特性發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器的有效折射率變化，進(jìn)而使得傳感器的諧振波長(zhǎng)也發(fā)生漂移，通過(guò)數(shù)據(jù)處理顯示出這一變化，可以推斷出待測(cè)樣本中是否含有某種我們想要探測(cè)的待測(cè)物質(zhì)或者是樣本中含有那些物質(zhì)；
[0022]應(yīng)用于已知待測(cè)樣本中含有某種物質(zhì)，現(xiàn)在想測(cè)量樣本中這種物質(zhì)的濃度是多少，這種情況下，我們首先配置一份標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參考，讓標(biāo)準(zhǔn)溶液流過(guò)傳感器的上表層，當(dāng)滿足諧振波長(zhǎng)的信號(hào)光從上方的狹縫光波導(dǎo)的端口輸入進(jìn)去并進(jìn)入光柵FP腔中，由FP腔的諧振效應(yīng)可知，當(dāng)光波在諧振腔內(nèi)往返一周后產(chǎn)生的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，光波會(huì)與新耦合進(jìn)入光柵FP腔的光波相互干涉產(chǎn)生諧振增強(qiáng)效應(yīng)，光會(huì)在諧振腔中來(lái)回震蕩，從而增加了光和物質(zhì)之間相互作用的長(zhǎng)度以及增強(qiáng)了光和物質(zhì)之間相互作用的強(qiáng)度，并且，F(xiàn)P諧振腔中的單狹縫4會(huì)將光場(chǎng)限制的狹縫區(qū)域，便于光與狹縫區(qū)域的物質(zhì)之間發(fā)生相互作用，從而進(jìn)一步的提高光和物質(zhì)之間的相互作用。我們采用的兩個(gè)具有不同的自由光譜范圍諧振腔級(jí)聯(lián)的形式，整個(gè)系統(tǒng)的自由光譜范圍會(huì)變得很大，是兩個(gè)諧振腔的自由光譜范圍的最小公倍數(shù)，從而我們可以實(shí)現(xiàn)大范圍的探測(cè)。光電探測(cè)器探測(cè)輸出光信號(hào)的強(qiáng)度大小，同時(shí)得到相應(yīng)的諧振波長(zhǎng)，然后讓一定量的待測(cè)溶液流過(guò)傳感器件的上表層，由于溶液的濃度發(fā)生了變化，傳感芯片的有效折射率變化，進(jìn)而使得傳感器的諧振波長(zhǎng)也發(fā)生漂移，通過(guò)測(cè)量輸出波導(dǎo)端口的光信號(hào)并加以數(shù)據(jù)處理可以得到輸出光信號(hào)的頻譜圖，進(jìn)而得到漂移后的諧振峰的位置以及相應(yīng)諧振波長(zhǎng)，根據(jù)諧振波長(zhǎng)漂移量的相對(duì)大小，我們可以確定待分析物中某種物質(zhì)的濃度大小，從而實(shí)現(xiàn)傳感器如期的功能。
[0023]圖2所示為基于本發(fā)明的實(shí)施例的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔光學(xué)生化傳感芯片(圖示為光子傳感器芯片)的光學(xué)生化傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括傳感器芯片(光子傳感器芯片)、光電探測(cè)器、激光器、溫度控制器及計(jì)算機(jī)控制部分，同時(shí)還包括控制被測(cè)液體輸入的微泵和注入閥門(mén)，待分析物通過(guò)注入閥門(mén)進(jìn)入傳感芯片，流經(jīng)傳感芯片后作為廢液被收集起來(lái)。以下將通過(guò)對(duì)本傳感系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行詳述，以便本發(fā)明的光學(xué)諧振腔(光柵FP腔)生化傳感芯片的原理及作用能被更好的理解:該傳感系統(tǒng)工作時(shí)(結(jié)合實(shí)施例分析)，首先信號(hào)光從激光器中發(fā)射出來(lái)，通過(guò)光耦合器進(jìn)入到傳感芯片中，為了避免溫度對(duì)傳感器的性能的影響，我們?cè)趥鞲衅鞯莫M縫光波導(dǎo)中安裝了溫度控制器，用來(lái)對(duì)傳感器加熱或者是制冷(溫度監(jiān)控)。當(dāng)信號(hào)光在傳感器中傳輸時(shí)，滿足光柵相位條件的光幾乎都被反射回去，但我們這里設(shè)計(jì)的光柵是弱反射光柵，即滿足光柵相位條件的光只有部分被反射回去，另外一部分仍然可以透射過(guò)去并進(jìn)入到第一光學(xué)諧振腔(光柵FP腔)中，進(jìn)入到第一光學(xué)諧振腔中的那部分滿足光柵相位條件的光將會(huì)被第二光學(xué)諧振腔繼續(xù)反射回去，被第二光學(xué)諧振腔反射的光將會(huì)與重新透過(guò)第一光學(xué)諧振腔進(jìn)入的那部分滿足光學(xué)諧振腔諧振條件的光發(fā)生干涉，在光學(xué)諧振腔中入射光與反射光會(huì)發(fā)生干涉及震蕩，從而形成一系列的諧振峰。這些從第一光學(xué)諧振腔出射的諧振信號(hào)隨后會(huì)進(jìn)入到第二光學(xué)諧振腔中，作用機(jī)理分析同上，由于兩個(gè)諧振腔形成的諧振峰的自由光譜范圍不同，所以第一光學(xué)諧振腔出射的諧振信號(hào)將會(huì)被第二光學(xué)諧振腔調(diào)制，從而在傳感器件輸出端口將輸出一種自由光譜范圍很寬，品質(zhì)因子很高的諧振曲線。當(dāng)待分析物樣品通過(guò)微泵注入到微流體通道，并達(dá)到傳感器芯片的上包層時(shí)，樣品會(huì)使得傳感器周圍環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器的有效折射率變化，進(jìn)而使得傳感器輸出端口的諧振峰會(huì)發(fā)生漂移，我們通過(guò)在傳感器輸出端口的光電探測(cè)器來(lái)測(cè)量這一變化，并將光場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，將計(jì)算的結(jié)果與計(jì)算機(jī)中各物質(zhì)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)，我們可以得出被測(cè)量物的相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)傳感功能。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此本發(fā)明不應(yīng)由上述事例來(lái)限定，而應(yīng)以權(quán)力要求書(shū)的保護(hù)范圍來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構(gòu)成的SOI基體，其特征在于，所述SOI基體的單晶硅層包含第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔，所述第一光學(xué)諧振腔與第二光學(xué)諧振腔具有不相同的自由光譜范圍，二者光學(xué)耦合連接，所述第一光學(xué)諧振腔和第二光學(xué)諧振腔同為光柵FP腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述生化傳感芯片的SOI基體的單晶硅層還包括狹縫光波導(dǎo)，所述狹縫光波導(dǎo)位于第一光學(xué)諧振腔和/或第二光學(xué)諧振腔的光信號(hào)傳播路徑上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述狹縫光波導(dǎo)的狹縫為垂直于單晶硅層表面由單晶硅層向下刻蝕形成的狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述狹縫光波導(dǎo)的狹縫深度等于單晶硅層厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述狹縫光波導(dǎo)的狹縫寬度為80nm?120nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述光柵FP腔包括第一光柵和第二光柵，第一光柵和第二光柵均刻蝕于狹縫光波導(dǎo)上，所述第一光柵和第二光柵相隔一定的距離d，且第一光柵和第二光柵具有相同的結(jié)構(gòu)，并在狹縫光波導(dǎo)上形成光柵FP腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述的第一光柵或第二光柵包括不少于3個(gè)不多于25個(gè)周期單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述光柵周期單元的周期為0.3um?0.6um之任一值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述光柵周期單元的占空比為40%?70%之任一值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的狹縫波導(dǎo)串聯(lián)型光柵FP腔級(jí)聯(lián)光學(xué)生化傳感芯片，其特征在于，所述光柵周期單元的縱向長(zhǎng)度占所述基體寬度的比例為70%?100%之任一值。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK103439317SQ201310180791
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】王卓然, 袁國(guó)慧, 高亮 申請(qǐng)人:成都譜視科技有限公司