基于SOI的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔光波導傳感器研究.pdf

1、隨著信息技術與生物工程技術的發(fā)展，生物傳感器自20世紀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)學領域，推動醫(yī)學發(fā)展，而且還在生命科學、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領域廣泛應用。如今，人們對生活質量（如醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境質量、食品安全等）的要求越來越高，這推動了新探測技術的發(fā)展。結合化學表面處理技術的平面光波導倏逝波傳感器就是一種新興的技術，具有滿足未來需求的潛力。本文在平面光波導平臺上提出并研究了創(chuàng)新型的結構及新型探測技術，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)諧振腔的傳感器結構，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效應而放大，增加了靈敏度，與此同時對可調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。此探測方式結構簡單，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)進行了細致的分析，全面比較了各種不同探測方式的適用原則