專利名稱：一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于疾病治療診斷和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，高靈敏度光子晶體折射率傳感器得到了廣泛關(guān)注，在生物化學(xué)和細胞檢測分析等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。與表面等離子體共振(Surface PlasmonResonance, SPR)折射率傳感器相比，光子晶體傳感器具有生物兼容性強、探測距離遠和低損耗等優(yōu)勢，并且符合未來傳感器微型化和集成化的發(fā)展方向，在折射率傳感器領(lǐng)域具有重要的研究意義。其中，Schudel等報道了一維光子晶體(光柵)生物傳感器[Lab Chip9, 1676-1680 (2009) ] ；Mortensen等報道了 二維光子晶體生物傳感器在片上實驗室(lab-on-chip)的應(yīng)用[Microfluid.Nanofluid.4 (I), 117-127 (2008)]；Chakravarty和1ncar等分別報道了光子晶體諧振腔折射率傳感器[Opt.Lett.30,2578-2580 (2005);Appl.Phys.Lett.82, 4648-4650(2003) ] ;Topolancik 和 Xiao等分別報道了光子晶體波導(dǎo)折射率傳感器[Appl.Phys.Lett.82，1143-1145 (2003) ; J.0pt.A:Pure Appl.0pt.9，S463-S467 (2007)];同時科學(xué)家們在光子晶體光纖折射率傳感器方面也做了大量的研究工作[Meas.Sc1.Technol.15，1120-1128(2004) ;0pt.Lett.29，1974-1976(2004);Opt.Expressl3, 5883-5889(2005)]。但是，上述光子晶體傳感器僅限于單個目標(biāo)樣本的單通道檢測。為了提高傳感器的檢測效率，實現(xiàn)對多個目標(biāo)樣本的多通道同時檢測，多通道折射率傳感器(Multiplex Multiple Refractive Index Sensor)近幾年來得到了 較快的發(fā)展。Mandal等提出了一種基于一維光子晶體諧振腔陣列的多通道折射率傳感器[Opt.Expressl6, 1623-1631 (2008)]，實現(xiàn)了對多個目標(biāo)樣本的多通道檢測并具有很高的分辨率，但該傳感器基于多個硅襯底，因此未達到傳感器微型化和集成化的要求。目前一些研究表明，可以通過在單一硅襯底上制備光子晶體諧振腔陣列，實現(xiàn)基于單片硅襯底的多通道折射率傳感器，提高其集成度[Opt.Expressl9, 20023-20024(2011) ;0pt.Eng.51，084002 (2012)]。但是陣列中諧振腔之間的能量耦合，會產(chǎn)生多通道間的串?dāng)_。同時，光子晶體諧振腔需要外加泵浦光，被測的光信號是垂直于表面向上散射，所以存在噪聲大、不能平面集成的問題而且光子晶體折射率傳感器多是直接與被測樣本接觸，樣本會填充進周期孔中，當(dāng)孔中的填充物質(zhì)折射率發(fā)生變化的時候，光子晶體傳感器的共振峰會產(chǎn)生頻移[IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques58, 3954-3960(2010) ；0pt.Expressl5, 4530-4535 (2007)],但是測量結(jié)束后需要對光子晶體進行清洗，而清洗后的周期孔中的殘留物質(zhì)會對光子帶隙的位置和大小產(chǎn)生影響，并且可能導(dǎo)致光子帶隙的消失，因此會對新樣本的測量產(chǎn)生影響，不利于傳感器的重復(fù)使用。
綜上所述，上述多通道光子晶體折射率傳感器具有以下問題:①都采用光子晶體諧振腔陣列，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、串?dāng)_高的缺點；②光子晶體諧振腔制備過程中雜質(zhì)的隨機引入會產(chǎn)生噪聲，使器件性能的不確定性增加，不利于傳感器批量和可重復(fù)性生產(chǎn)；
③光子晶體諧振腔與其他光學(xué)器件集成困難；④殘留在光子晶體折射率傳感器周期孔中的物質(zhì)，不利于傳感器的重復(fù)使用。啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的透射譜具有多個高銳度布拉格衍射谷(Min1-stopband，MSB)，其MSB的譜線寬度可以達到〈lnm，具有很高的光譜分辨能力。因此，將啁啾二維光子晶體波導(dǎo)與微流槽有機集成在一起解決上述問題，實現(xiàn)具有單片集成、高靈敏度、高分辨率、低串?dāng)_、低噪聲、重復(fù)使用性高的的多通道折射率傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問題，提出一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，該集成器件具有多通道檢測、單片集成、高靈敏度、高分辨率、低串?dāng)_、低噪聲、重復(fù)使用性聞等特點。光子晶體中出現(xiàn)的光子帶隙(Photonic bandgap, PBG)禁止落在該帶隙頻率范圍內(nèi)的光傳播，該特征可以使光子晶體作為光濾波器和反射器。在二維光子晶體內(nèi)引入不同的線缺陷，然后調(diào)節(jié)該線缺陷的尺寸和形狀，就形成了啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，見附圖3。啁啾二維光子晶體波導(dǎo)中不同的線缺陷的尺寸和形狀可以使其傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，而基模與多個高階模的交叉點對應(yīng)的多個頻率的光能，會反向耦合到啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入端，使輸出端觀測到的透射光譜在不同的頻率上出現(xiàn)FWHM很窄的高銳度布拉格衍射谷MSB，即多通道高銳度MSB。當(dāng)啁啾二維光子晶體波導(dǎo)上下空間的多個填充物質(zhì)折射率發(fā)生變化時，透射譜上的多通道MSB對應(yīng)的頻率將會隨之發(fā)生變化，因此，通過觀測啁啾二維光子晶體波導(dǎo)透射譜上多通道高銳度MSB的頻移，可以同時對多個目標(biāo)樣品的折射率變化進行檢測。本發(fā)明的一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其在單片多層晶片上具有如下部分:單片多層晶片上具有如下部分:襯底層、中間犧牲層、波導(dǎo)層和保護層自下而上，依次排列；穿透保護層和波導(dǎo)層的二維光子晶體和漸變型錐形波導(dǎo)，是采用電子束曝光再用干法刻蝕工藝或聚焦離子束工藝實現(xiàn)的；所述的二維光子晶體中的周期孔徑、孔深、晶格周期，漸變型錐形波導(dǎo)的長度、深寬、寬度，和線缺陷的尺寸與形狀均是通過有限時域差分法、有限元法、或平面波展開法仿真得到。微流槽通過微電子制造技術(shù)和微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)微加工技術(shù)制備,然后鍵合于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的上表面。漸變型錐形波導(dǎo)6位于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)之間，連接波導(dǎo)分別位于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入、輸出端產(chǎn)生透射譜。啁啾二維光子晶體波導(dǎo)不同的線缺陷寬度和形狀可以使傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，其基模與多個高階模的交叉點對應(yīng)的多個頻率的光能，會反向耦合到啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入端，使輸出端觀測到的透射譜在不同的頻率上出現(xiàn)高銳度布拉格衍射谷，發(fā)生高銳度布拉格衍射谷的多個頻率隨著所述微流槽內(nèi)多個填充樣本折射率的變化而變化，實現(xiàn)了多個樣本折射率變化的多通道檢測。
所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)實現(xiàn)方式選取以下五種方式中的一種:①通過去除二維光子晶體5中間一行的空氣孔，形成直通波導(dǎo)并調(diào)節(jié)不同部分直通波導(dǎo)11的寬度而成8，見附圖3中(a)，其中寬度的調(diào)節(jié)范圍是0.1w0-1Ow0,
= 5 a是晶格常數(shù)；②通過改變二維光子晶體5中間一行空氣孔的半徑形成12，見附圖3中(b)，空氣孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.1r-1Or, r是未改變之前的空氣孔半徑，0.05〈r/a〈0.5 ；③通過在二維光子晶體5中間一行空氣孔內(nèi)填充其他相同介質(zhì)并改變其半徑形成13,見附圖3中(c)，其中介質(zhì)折射率n>l,介質(zhì)孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.1r-1Or,r是未改變之前的介質(zhì)孔半徑，0.05〈r/a〈0.5 ；④通過在二維光子晶體5中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料形成14，見附圖3中(d)，其中，介質(zhì)折射率n>l ;⑤通過在二維光子晶體5中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料并改變其半徑形成15,見附圖3中(e),其中，介質(zhì)折射率n>l,介質(zhì)孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.1r-1Or, r是未改變之前的介質(zhì)孔半徑，0.05〈r/a〈0.5。所述的微流槽可以是微流槽溝道寬度和光子晶體線缺陷寬度相同的無蓋片微流槽，見附圖2中(i);或是將帶有微流槽溝道的PDMS基片與載玻片蓋片鍵合形成的有蓋片微流槽，見附圖1中(j)。所述的微流槽與啁啾線缺陷二維光子晶體鍵合的過程采用表面處理工藝(如等離子體或化學(xué)溶液等處理表面)或采用聚合物中間層方案，將兩部分粘結(jié)在一起，其中微流槽的溝道與光子晶體的線缺陷對準(zhǔn)，而微流槽的非溝道部分則與光子晶體的周期空氣孔封閉鍵合。所述的襯底層可以采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，其中晶體材料包括S1、GaAs、InP等半導(dǎo)體襯底。所述的中間犧牲層可以采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，其中晶體材料包括Si02、AlGalnP、InGaAsP、Al2O3 等。所述的波導(dǎo)層可以采用晶體材料，其中晶體材料包括S1、InP、GaAs或AlAs等。所述的保護層可以采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，其中晶體材料包括Si02、AlGalnP、InGaAsP、A1203 等。由于本發(fā)明是基于啁啾線缺陷二維光子晶體的反向耦合作用，因此避免了光子晶體諧振腔之間的串?dāng)_和制備過程中雜質(zhì)的隨機引入所產(chǎn)生的噪聲；同時，光是在線缺陷內(nèi)傳輸，有利于器件的平面集成；由于探測的是高銳度MSB的頻移，因此在獲得高分辨率和高靈敏度上具有優(yōu)勢；而且多通道MSB在透射譜中的位置、尖銳程度、深度都可以透過改變結(jié)構(gòu)參數(shù):如缺陷的尺寸和形狀、周期孔徑和晶格周期等進行調(diào)節(jié)，因此能設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)滿足不同折射率范圍檢測的要求。


附圖，其被結(jié)合入并成為本說明書的一部分，示范了本發(fā)明的實施例，并與前述的綜述和下面的詳細描述一起解釋本發(fā)明的原理。
圖1為啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器的工藝流程圖。圖2為啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器的工藝流程圖。圖3為啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的各種形狀示意圖。圖中:1襯底層，2中間犧牲層，3波導(dǎo)層，4保護層，5 二維光子晶體，6漸變型錐形波導(dǎo)，7無蓋片微流槽，8直通波導(dǎo)寬度不同的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，9PMMA光刻膠，10連接波導(dǎo)，11直通波導(dǎo)，12中間一行空氣孔半徑漸變的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，13中間一行空氣孔內(nèi)填充其他相同介質(zhì)同時半徑漸變的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，14中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，15中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料同時半徑漸變的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，16.帶有微流槽溝道的PDMS基片，17.載玻片蓋片，18.有蓋片的微流槽，19.啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成有蓋片微流槽多通道折射率傳感器；20.啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成無蓋片微流槽多通道折射率傳感器。
具體實施例方式為使得本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容更加清晰，以下以直通波導(dǎo)寬度不同的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)為例，見附圖3中(a)，結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。其中，其他形式的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，見附圖3中(b)-(e)集成微流槽多通道折射率傳感器的實施方案與實施例1和2相似。實施例1首先，對啁啾二維光子晶波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，確定二維光子晶體孔徑、周期和深度，直通波導(dǎo)的寬度和長度，以及漸變型錐形波導(dǎo)的尺寸，使傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，其基模與多個高階模的交叉點形成反向耦合，對應(yīng)透射譜在不同的頻率上出現(xiàn)高銳度MSB。準(zhǔn)備單片多層晶片:襯底層1，中間犧牲層2位于襯底層I之上，波導(dǎo)層3位于中間犧牲層2之上，通過超聲波對其進行清洗，如附圖1中(a)所示。利用PECVD工藝在波導(dǎo)層3上生長一層保護層4，然后在保護層4上旋涂PMMA光刻膠9，放入烤箱里烘烤，使PMMA光刻膠與保護層4充分粘合，如附圖1中(b)所示。根據(jù)理論設(shè)計的結(jié)果，定義中間集成漸變型錐形波導(dǎo)的啁啾線缺陷二維光子晶體的圖案，并通過電子束直寫系統(tǒng)將圖案轉(zhuǎn)換到PMMA光刻膠，如附圖1中(c)所示。利用干法刻蝕工藝，將PMMA光刻膠上的圖案刻蝕到保護層4上,如附圖1中(d)所示。通過氧等離子體方法(oxygen plasma)將PMMA光刻膠從保護層4上剝離，如附圖1中(e)所示。利用干法刻蝕工藝，將保護層4上的圖案刻蝕到波導(dǎo)層3上，實現(xiàn)中間集成漸變型錐形波導(dǎo)的直通波導(dǎo)寬度不同的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)8，如附圖1中(f)所示。利用Protel軟件繪制微流槽溝道，使溝道寬度與啁啾二維光子晶體波導(dǎo)中直通波導(dǎo)的寬度相同，存為PCB格式，加工成電路板，得到實驗所需的模具，如附圖1中(g)所示。把模具放在水平玻璃板上，在其上倒入10:1混合的PDMS預(yù)聚物，把一表面平整的載玻片放在倒有PDMS的模具上，均勻施加壓力，擠出多余的PDMS，再烘烤，如附圖1中(h)所示。剝離模具，在PDMS薄片上形成與原模具相對應(yīng)的圖案，即為PDMS基片16，如附圖1中(i)所示。修整PDMS基片，然后把載玻片蓋片17放在PDMS基片上，輕壓使其牢固，完成有蓋片的PDMS微溜槽的制備18，如附圖1中(j)所示。
通過接觸對準(zhǔn)器將有蓋片的PDMS微流槽與啁啾線缺陷二維光子晶體對準(zhǔn)，即溝道與線缺陷的對準(zhǔn)。用氧等離子體方法對PDMS微流槽和啁啾線缺陷二維光子晶體的表面進行處理，然后通過共價鍵進行鍵合，實現(xiàn)啁啾線缺陷二維光子晶體集成有蓋片微流槽傳感器19，如附圖1中(k)所示。實施例2首先，對啁啾二維光子晶波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，確定二維光子晶體孔徑、周期和深度，直通波導(dǎo)的寬度和長度，以及漸變型錐形波導(dǎo)的尺寸，使傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，其基模與多個高階模的交叉點形成反向耦合，對應(yīng)透射譜在不同的頻率上出現(xiàn)高銳度MSB。準(zhǔn)備單片多層晶片:襯底層1，中間犧牲層2位于襯底層I之上，波導(dǎo)層3位于中間犧牲層2之上，通過超聲波對其進行清洗，如附圖2中(a)所示。利用PECVD工藝在波導(dǎo)層3上生長一層保護層4，然后在保護層4上旋涂PMMA光刻膠9，放入烤箱里烘烤，使PMMA光刻膠與保護層4充分粘合，如附圖2中(b)所示。根據(jù)理論設(shè)計的結(jié)果，定義中間集成漸變型錐形波導(dǎo)的啁啾線缺陷二維光子晶體的圖案，并通過電子束直寫系統(tǒng)將圖案轉(zhuǎn)換到PMMA光刻膠，如附圖2中(c)所示。利用干法刻蝕工藝，將PMMA光刻膠上的圖案刻蝕到保護層4上,如附圖2中(d)所示。通過氧等離子體方法(oxygen plasma)將PMMA光刻膠從保護層4上剝離，如附圖2中(e)所示。利用干法刻蝕工藝，將保護層4上的圖案刻蝕到波導(dǎo)層3上，實現(xiàn)中間集成漸變型錐形波導(dǎo)的直通波導(dǎo)寬度不同的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)8，如附圖2中(f)所示。利用Protel軟件繪制微流槽溝道，使溝道寬度與啁啾二維光子晶體波導(dǎo)中直通波導(dǎo)的寬度相同，存為PCB格式，加工成電路板，得到實驗所需的模具，如附圖2中(g)所示。把模具放在水平玻璃板上，在其上倒入10:1混合的PDMS預(yù)聚物，把一表面平整的載玻片放在倒有PDMS的模具上，均勻施加壓力，擠出多余的TOMS，再烘烤，如附圖2中(h)所示。剝離模具，在PDMS薄片上形成與原模具相對應(yīng)的圖案，旋轉(zhuǎn)180°即為沒有蓋片的PDMS微流槽7，如附圖2中(i)所示。通過接觸對準(zhǔn)器將無蓋片的PDMS微流槽與啁啾線缺陷二維光子晶體對準(zhǔn)，即溝道與線缺陷的對準(zhǔn)。用氧等離子體方法對PDMS微流槽和啁啾線缺陷二維光子晶體的表面進行處理，然后通過共價鍵進行鍵合，實現(xiàn)啁啾線缺陷二維光子晶體集成無蓋片微流槽傳感器20，如附圖2中(j)所示。綜上所述，本發(fā)明提供的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，將啁啾二維光子晶體波導(dǎo)與有蓋片和無蓋片的微流槽分別有機集成在一起形成單片集成器件，啁啾二維光子晶體波導(dǎo)透射譜上的多通道高銳度MSB的頻率隨著微流槽中多個填充樣本折射率的變化而變化，通過觀測多通道高銳度MSB的頻移，可以實現(xiàn)高分辨率，高精確度和高靈敏度的折射率檢測。同時，在本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)中，光均是在線缺陷平面內(nèi)傳輸，所以有利于器件的平面集成，如與光源和探測器的集成等。以上所述是本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)原理和具體實例，依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想所做的等效變換，只要其所運用的方案仍未超出說明書和附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求
1.一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于: 單片多層晶片上具有如下部分:襯底層(I)、中間犧牲層(2)、波導(dǎo)層(3)和保護層(4)自下而上，依次排列； 二維光子晶體(5)中的周期孔徑、晶格結(jié)構(gòu)和漸變型錐形波導(dǎo)(6)的長度、寬度與深度是通過有限時域差分法、有限元法或平面波展開法仿真得到；微流槽通過微電子制造技術(shù)和微機電系統(tǒng)(MEMS)微加工技術(shù)制備,然后鍵合于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的上表面； 漸變型錐形波導(dǎo)(6) 位于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)之間，連接波導(dǎo)(10)分別位于啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入、輸出端產(chǎn)生透射譜；啁啾二維光子晶體波導(dǎo)不同的線缺陷寬度和形狀使傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，其基模與不同高階模的交叉點所對應(yīng)的多個頻率的光能，會反向耦合到啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入端，使輸出端觀測到的透射譜在不同的頻率上出現(xiàn)高銳度布拉格衍射谷，發(fā)生高銳度布拉格衍射谷的多個頻率隨著所述微流槽內(nèi)多個填充樣本折射率的變化而變化，實現(xiàn)了多個樣本折射率變化的多通道同時檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)實現(xiàn)方式選取以下五種方式中的一種: ①通過去除二維光子晶體(5)中間一行的空氣孔，形成直通波導(dǎo)并調(diào)節(jié)不同部分直通波導(dǎo)(11)的寬度而成(8),其中寬度的調(diào)節(jié)范圍是0.1wc1-1Owci, w = —Il，&是晶格常 2數(shù)； ②通過改變二維光子晶體(5)中間一行空氣孔的半徑形成(12)，空氣孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.1r-1Or, r是未改變之前的空氣孔半徑，0.05〈r/a〈0.5 ； ③通過在二維光子晶體(5)中間一行空氣孔內(nèi)填充其他相同介質(zhì)并改變其半徑形成(13)，其中介質(zhì)折射率n>l，介質(zhì)孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.lr-10r，r是未改變之前的介質(zhì)孔半徑，0.05<r/a<0.5 ； ④通過在二維光子晶體(5)中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料形成(14)，其中，介質(zhì)折射率n>l ； ⑤通過在二維光子晶體(5)中間一行空氣孔內(nèi)填充不同介質(zhì)材料并改變其半徑形成(15)，其中，介質(zhì)折射率n>l，介質(zhì)孔半徑的調(diào)節(jié)范圍是0.1r-1Or, r是未改變之前的介質(zhì)孔半徑，0.05<r/a<0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的微流槽是溝道寬度與光子晶體線缺陷寬度相同的無蓋片芯片(7)，或由帶有微流槽溝道的PDMS基片(16)與載玻片蓋片(17)鍵合形成(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的微流槽與啁啾線缺陷二維光子晶體鍵合的過程采用表面處理工藝或采用聚合物中間層方案，將兩部分粘結(jié)在一起，其中微流槽的溝道與光子晶體的線缺陷對準(zhǔn)，而微流槽的非溝道部分則與光子晶體的周期空氣孔封閉鍵合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的微流槽與啁啾線缺陷二維光子晶體鍵合的過程采用表面處理工藝或采用聚合物中間層方案，將兩部分粘結(jié)在一起，其中微流槽的溝道與光子晶體的線缺陷對準(zhǔn)，而微流槽的非溝道部分則與光子晶體的周期空氣孔封閉鍵合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的襯底層(I)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的中間犧牲層(2)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的波導(dǎo)層(3)采用晶體材料，包括S1、InP、GaAs 或 AlAs。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的襯底層(I)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的中間犧牲層(2)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的波導(dǎo)層(3)采用晶體材料，包括S1、InP、GaAs或 AlAs。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的襯底層(I)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的中間犧牲層(2)采用玻璃材料、有機材料或晶體材料，所述的波導(dǎo)層(3)采用晶體材料，包括S1、InP、GaAs或 AlAs。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的襯底層(I)的晶體材料是S1、GaAs或InP ;所述的中間犧牲層(2)晶體材料是 Si02、AlGalnP、InGaAsP 或 A1203。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于:所述的襯底層(I)的晶體材料是S1、GaAs或InP ;所述的中間犧牲層(2)晶體材料是 Si02、AlGalnP、InGaAsP 或 A1203。
全文摘要
本發(fā)明提供一種啁啾二維光子晶體波導(dǎo)集成微流槽多通道折射率傳感器，其特征在于在單片多層晶片上采用電子束曝光和干法刻蝕工藝，或聚焦離子束工藝制備中間集成漸變型錐形波導(dǎo)的啁啾二維光子晶體波導(dǎo)，然后與微流槽鍵合，對多個樣本折射率變化進行多通道檢測。其中，啁啾二維光子晶體波導(dǎo)不同的缺陷寬度和形狀可以使傳輸光波中向前傳輸?shù)幕Ｈ核俣锐詈系较蚝髠鬏數(shù)牟煌唠A模的群速度，其基模與多個高階模的交叉點對應(yīng)的多個頻率的光能，會反向耦合到啁啾二維光子晶體波導(dǎo)的輸入端，使輸出端觀測到的透射譜在不同的頻率上出現(xiàn)高銳度布拉格衍射谷，發(fā)生高銳度布拉格衍射谷的多個頻率隨著所述微流槽內(nèi)填充物質(zhì)折射率的變化而變化，從而實現(xiàn)了單片、低串?dāng)_、高靈敏度、高分辨率、易集成的多通道折射率傳感器。
文檔編號G01N21/41GK103149176SQ20131006204
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者曹暾 申請人:大連理工大學(xué)