基于SOI的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔光波導(dǎo)傳感器研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)與生物工程技術(shù)的發(fā)展，生物傳感器自20世紀(jì)70年代問世以來得到了迅猛發(fā)展。生物傳感器不僅廣泛用于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，推動醫(yī)學(xué)發(fā)展，而且還在生命科學(xué)、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如今，人們對生活質(zhì)量（如醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境質(zhì)量、食品安全等）的要求越來越高，這推動了新探測技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合化學(xué)表面處理技術(shù)的平面光波導(dǎo)倏逝波傳感器就是一種新興的技術(shù)，具有滿足未來需求的潛力。本文在平面光波導(dǎo)平臺上提出并研究了創(chuàng)新型的結(jié)構(gòu)及新型探測技術(shù)，主要

2、分以下幾個方面:
　　 (1)提出了并分析了基于級聯(lián)雙環(huán)諧振腔的傳感器結(jié)構(gòu)，包括一個參考環(huán)形諧振腔和一個傳感環(huán)形諧振腔。第一種探測方式為基于波長探測，與傳統(tǒng)單個環(huán)形諧振腔傳感器相比，透射譜移動因為游標(biāo)效應(yīng)而放大，增加了靈敏度，與此同時對可調(diào)諧激光器光源的分辨率或光譜儀的分辨率要求大大降低。更進一步的，可以將透射譜的移動轉(zhuǎn)換為透射譜中心雙峰強度比的變化，獲得更低的探測極限。將透射譜移動探測與透射譜中心雙峰強度探測相結(jié)合，可以同時實

3、現(xiàn)大探測范圍和低探測極限。因為引入了參考環(huán)形諧振腔，溫度的影響可以自動抵消，所以此傳感器具有溫度不敏感的優(yōu)點。另外，級聯(lián)雙環(huán)諧振腔的傳感器適合進行波分復(fù)用，滿足多通道多參量探測的需求。
　　 (2)提出并研究了基于強度探測的第二種探測方式。此種方式以低成本寬帶光源作為輸入光源，對光源波長及功率穩(wěn)定度容差大，并且無需探測任何波長信息，僅需一個光功率計探測輸出功率，與此同時仍保持很低的探測極限。此探測方式結(jié)構(gòu)簡單，方便易行，適合將光

4、源和探測器集成在同一芯片上，進一步降低了成本，具有很好的實用化前景。
　　 (3)在SOI平臺上對級聯(lián)雙環(huán)傳感器的制作工藝進行了研究。針對不同的傳感探測方式制作了不同的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔傳感器芯片，在實驗上實現(xiàn)了基于波長探測和基于能量探測的傳感方式，驗證了級聯(lián)雙環(huán)形諧振腔傳感器的可行性。
　　 (4)對影響級聯(lián)雙環(huán)諧振腔傳感器基于波長或基于強度的多種探測方式工作性能的參數(shù)進行了細(xì)致的分析，全面比較了各種不同探測方式的適用原則