基于光波導(dǎo)環(huán)腔結(jié)構(gòu)的生物傳感器研究.pdf

1、光波導(dǎo)環(huán)腔傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾性強(qiáng)、微型化等優(yōu)點(diǎn)成為了目前熱門研究的傳感器件之一。其利用介質(zhì)中傳播的倏逝場(chǎng)來(lái)感應(yīng)環(huán)境折射率的變化，從而進(jìn)行生物探測(cè)。本文基于強(qiáng)度探測(cè)和波長(zhǎng)探測(cè)方法，提出了兩種新型傳感器件，研究了其器件結(jié)構(gòu)和傳感特性，給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在優(yōu)化設(shè)計(jì)下，提出的新型傳感器取得了優(yōu)良的性能。完成的主要研究工作如下:
　　首先針對(duì)微型化、集成化、穩(wěn)定性好、靈敏度高的生物傳感探測(cè)，設(shè)計(jì)了一種新型的反饋式跑道型光學(xué)微環(huán)

2、傳感器，該傳感器主要由U型反饋波導(dǎo)、跑道諧振腔和敏感環(huán)組成。采用傳輸矩陣方法推導(dǎo)了該傳感器的歸一化輸出光強(qiáng)公式，數(shù)值分析了傳輸損耗因子、自耦合因子和敏感環(huán)尺寸等對(duì)傳感靈敏度的影響性質(zhì)。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)不僅可以輸出尖銳陡峭的非對(duì)稱法諾諧振光強(qiáng)譜線，還具有較高的法諾諧振光譜斜率，能更好的增強(qiáng)傳感靈敏度。在信噪比為30dB的測(cè)量系統(tǒng)中，優(yōu)化的反饋式跑道型光學(xué)微環(huán)傳感器的探測(cè)極限可以達(dá)到4.48×10-8單位折射率。<

3、br>　　其次針對(duì)寬譜的波長(zhǎng)探測(cè)型生物傳感應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種基于馬赫-曾德干涉(Mach-Zehnder Interference，MZI)結(jié)構(gòu)的可產(chǎn)生游標(biāo)效應(yīng)的雙微環(huán)諧振腔傳感器。其主要由兩個(gè)3dB耦合器、兩組雙直波導(dǎo)、一個(gè)敏感環(huán)和一個(gè)參考環(huán)組成。采用耦合模理論推導(dǎo)了該傳感器的歸一化輸出光強(qiáng)公式，分析了其光強(qiáng)輸出譜線性質(zhì)。仿真分析表明，該傳感器可輸出具有較大振幅的主諧振峰光強(qiáng)譜線，其主諧振峰可呈數(shù)字式移動(dòng)，當(dāng)被探測(cè)物的有效折射率變化為探