光波導(dǎo)環(huán)形諧振腔生化液體傳感器的研究.pdf

1、光學(xué)生化傳感器通過將信息的采集與傳輸放在光域進(jìn)行從而可有效的避免外界電磁場(chǎng)干擾，具有探測(cè)信號(hào)穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控下的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，因此受到人們的廣泛關(guān)注。光學(xué)生化傳感器就工作原理不同主要分為熒光型與倏逝波型，其中倏逝波型由于可通過引入集成光波導(dǎo)技術(shù)以及各種光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)從而具有高靈敏度、多功能、微型化等特征，此外，其制作工藝與當(dāng)前成熟的微電子工藝相兼容，因此成為了目前研究的重點(diǎn)。
　　光波導(dǎo)環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)靈活，可

2、實(shí)現(xiàn)較高的品質(zhì)因數(shù)，將其用于生化傳感器除了能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)傳感器的各種優(yōu)點(diǎn)外，還能夠獲得較高的靈敏度，因此研究基于光波導(dǎo)環(huán)形諧振腔的生化傳感器具有非常重要的意義。鑒于此，本文以聚合物為光波導(dǎo)材料，以葡萄糖的濃度檢測(cè)為目標(biāo)，研究了基于雙模干涉儀（Two-mode Interferometer，TMI）的聚合物光波導(dǎo)環(huán)形諧振腔生化傳感器的設(shè)計(jì)、制作及相關(guān)傳感測(cè)試技術(shù)。本文主要的工作及成果如下。
　?。?）根據(jù)選定的聚合物材料，利用有效折射

3、率方法、馬卡梯里方法對(duì)構(gòu)成環(huán)形諧振腔的單模以及雙模矩形光波導(dǎo)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)器件可檢測(cè)的溶液折射率范圍進(jìn)行了研究；進(jìn)一步結(jié)合耦合模理論對(duì)構(gòu)成環(huán)形諧振腔的TMI的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。
　?。?）介紹了環(huán)形諧振腔的基本結(jié)構(gòu)和主要特征參數(shù)；對(duì)環(huán)形光波導(dǎo)的彎曲損耗的計(jì)算，并結(jié)合環(huán)的光傳輸特性分析設(shè)計(jì)了環(huán)形諧振腔的參數(shù)。
　?。?）根據(jù)環(huán)形諧振腔的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)并通過外協(xié)加工制作了相應(yīng)的光刻掩模版；研究了光刻、磁控濺射鍍膜、感應(yīng)

4、耦合離子刻蝕（Inductively Coupled Plasma， ICP）等器件制作工藝并成功的制備了較好側(cè)壁垂直度且表面光滑度較好的聚合物光波導(dǎo)環(huán)形諧振器。
　?。?）搭建高精度光學(xué)測(cè)試平臺(tái)，建立測(cè)試流程，對(duì)制作固定上包層的環(huán)形諧振器進(jìn)行通光測(cè)試以及相應(yīng)的諧振特性的測(cè)試，可獲得的最大波長(zhǎng)隔離度18 dB；對(duì)四種濃度的葡萄糖溶液進(jìn)行了傳感測(cè)試，對(duì)器件的傳感特性以及靈敏度進(jìn)行分析，通過不斷地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程中的工藝參數(shù)，器件的探測(cè)極