拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，包括一個(gè)輸入輸出直波導(dǎo)、一個(gè)環(huán)形諧振腔，所述環(huán)形諧振腔包括：第一直波導(dǎo)、左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)以及第三直波導(dǎo)；輸入輸出直波導(dǎo)依次包括輸入端、第四直波導(dǎo)、第五直波導(dǎo)、第六直波導(dǎo)以及輸出端。本實(shí)用新型通過采用一個(gè)非平衡馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)和一個(gè)環(huán)形諧振腔，基于游標(biāo)效應(yīng)，使得二者的傳輸譜相疊加，獲得具有更大的自由光譜范圍和較高靈敏度的諧振峰，通過測(cè)量這種具有高靈敏度的諧振峰的漂移，從而測(cè)得波導(dǎo)內(nèi)模式有效折射率的變化，進(jìn)一步獲得被測(cè)物質(zhì)折射率和濃度的信息。
【專利說明】拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光生化傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光子學(xué)技術(shù)的日趨成熟以及它在生物和化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，光學(xué)生化傳感器的應(yīng)用范圍已經(jīng)覆蓋了生化傳感器的諸多領(lǐng)域，成為當(dāng)今生化傳感器件的重要組成部分。生化傳感器不僅廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，而且還在環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物保護(hù)、國(guó)土安全等方面有著廣泛的應(yīng)用。光學(xué)生化傳感器是一種以某種生物化學(xué)成分為敏感基元，以光學(xué)信號(hào)為載體，對(duì)目標(biāo)檢測(cè)物具有高選擇性和高靈敏度的檢測(cè)器件。生化傳感器通常是對(duì)氣體、液體、生物大分子等微流體進(jìn)行檢測(cè)，待分析的樣本至少覆蓋整個(gè)波導(dǎo)器件的上方區(qū)域，待分析樣本濃度的變化或免疫反應(yīng)的發(fā)生都將改變波導(dǎo)包層的折射率，該變化被光波的倏逝場(chǎng)分量所感應(yīng)，從而引起光波模式有效折射率的改變，并使得光在環(huán)中的傳輸性質(zhì)發(fā)生變化。通過測(cè)量光場(chǎng)的變化量就可以知道待測(cè)物質(zhì)的信息。光學(xué)傳感器主要分為光纖型和集成波導(dǎo)型兩大類。與光纖型傳感器相比，基于倏逝波的集成光波導(dǎo)型光學(xué)傳感器使得器件在結(jié)構(gòu)尺寸上大大縮小，特別是對(duì)于高對(duì)比度折射率材料的光波導(dǎo)。
[0003]近年來，許多研究者提出了基于集成光波導(dǎo)型的各種傳感結(jié)構(gòu)用以實(shí)現(xiàn)大的探測(cè)范圍和高的傳感靈敏度傳感。其中，馬赫曾德爾干涉儀和微環(huán)諧振腔是其中兩種常用的結(jié)構(gòu)。馬赫曾德爾干涉儀型(MZI)的生化傳感器由于其傳感機(jī)理簡(jiǎn)單，自由光譜范圍(FSR)大，因此是光學(xué)生化傳感器件常選用的結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)的MZI結(jié)構(gòu)必須通過增加MZI兩臂的長(zhǎng)度，以增大光與物質(zhì)相互作用的距離來實(shí)現(xiàn)大的探測(cè)范圍和高的傳感靈敏度，這樣器件尺寸就無法做到小型化，也就更難實(shí)現(xiàn)亞微米，乃至納米量級(jí)的光學(xué)生化傳感器件。而且制作時(shí)需要對(duì)MZI的其中一臂，即傳感臂，固定微流體通道或修飾生物大分子，而對(duì)參考臂不做處理，這樣不僅大大增加了器件制作的難度而且也難以實(shí)現(xiàn)器件小型化和便攜化。單一的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)雖然可以有效的增加腔長(zhǎng)，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，但這種結(jié)構(gòu)的自由光譜范圍較小，一般僅有幾十納米，故可實(shí)現(xiàn)的探測(cè)范圍也就較小。因此基于以上兩種單一的方式都較難實(shí)現(xiàn)大測(cè)量范圍和高靈敏度的光學(xué)生化傳感器件。
[0004]相對(duì)而言，采用整個(gè)器件都覆蓋有外界待檢測(cè)環(huán)境物質(zhì)的方式，取代傳統(tǒng)的僅對(duì)MZI的一個(gè)臂進(jìn)行修飾，可以有效的縮小器件尺寸、降低器件制作的復(fù)雜度，但這種方式對(duì)于傳統(tǒng)的平衡型MZI是無法用于檢測(cè)的，因?yàn)椴捎谜麄€(gè)器件覆蓋待分析物質(zhì)的這種方式，兩干涉臂感知的相位變化相等，相位差恒為零，因此無法用于探測(cè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)生化傳感器采用單臂檢測(cè)其制作工藝難、器件尺寸大的缺點(diǎn)而提供一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器。[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，包括一個(gè)輸入輸出直波導(dǎo)、一個(gè)環(huán)形諧振腔，所述環(huán)形諧振腔包括:第一直波導(dǎo)、左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)以及第三直波導(dǎo)，所述第二直波導(dǎo)和第三直波導(dǎo)共線，所述輸入輸出直波導(dǎo)、第一直波導(dǎo)與第二直波導(dǎo)和第三直波導(dǎo)平行，左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)的第一端和第二直波導(dǎo)的第一端，右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)的第二端和第三直波導(dǎo)的第二端，環(huán)形波導(dǎo)的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)的第二端和第三直波導(dǎo)的第一端；
[0007]輸入輸出直波導(dǎo)依次包括輸入端、第四直波導(dǎo)、第五直波導(dǎo)、第六直波導(dǎo)以及輸出端；所述第二直波導(dǎo)與第四直波導(dǎo)構(gòu)成第一方向I禹合器，所述第三直波導(dǎo)與第六直波導(dǎo)構(gòu)成第二方向耦合器，所述環(huán)形波導(dǎo)與第五直波導(dǎo)構(gòu)成馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形波導(dǎo)作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的彎曲臂，所述第五直波導(dǎo)作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的直臂。
[0008]進(jìn)一步的，所述環(huán)形波導(dǎo)包括第一^左圓環(huán)、第二半圓環(huán)、第一 j右圓環(huán)，第一 j
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左圓環(huán)的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)的第二端和第二半圓環(huán)的第一端，第一i右圓環(huán)的兩




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端分別延伸出第二半圓環(huán)的第二端和第三直波導(dǎo)的第一端，所述第一I左圓環(huán)、第一 I右
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圓環(huán)的內(nèi)徑與第二半圓環(huán)的內(nèi)徑相切，且第一 j左圓環(huán)、第二半圓環(huán)、第一 j右圓環(huán)之間的
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連接處呈平滑連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一4左圓環(huán)和第一I右圓環(huán)的內(nèi)徑為R2，第二半圓環(huán)的內(nèi)徑為
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R3，所述R2和R3相等。
[0010]進(jìn)一步的，所述左半圓反饋環(huán)和右半圓反饋環(huán)的半徑為Rl，所述Rl大于R2、R3。
[0011]進(jìn)一步的，所述輸入輸出直波導(dǎo)與所述環(huán)形波導(dǎo)之間的耦合通過第一方向耦合器和第二方向耦合器實(shí)現(xiàn)。
[0012]進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)為無源脊形波導(dǎo)或條形波導(dǎo)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器通過采用一個(gè)非平衡馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)和一個(gè)環(huán)形諧振腔，基于游標(biāo)效應(yīng)，使得二者的傳輸譜相疊加，獲得具有更大的自由光譜范圍和較高靈敏度的諧振峰，通過測(cè)量這種具有高靈敏度的諧振峰的漂移，從而測(cè)得波導(dǎo)內(nèi)模式有效折射率的變化，進(jìn)一步獲得被測(cè)物質(zhì)折射率和濃度的信息，其不僅克服了采用單臂做檢測(cè)制作工藝難、器件尺寸大等缺點(diǎn)，還解決了采用整個(gè)器件都覆蓋有待檢測(cè)環(huán)境物質(zhì)時(shí)傳統(tǒng)的平衡型MZI無法用于檢測(cè)的問題，同時(shí)，它還兼顧了微環(huán)諧振腔和MZI干涉儀二者的優(yōu)點(diǎn)，利用諧振腔的諧振效應(yīng)和MZI的FSR大的特點(diǎn)，不僅增加了光與物質(zhì)相互作用的長(zhǎng)度而且還增大了其自由光譜范圍，縮小了器件尺寸，增大了制作容差，更具有實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型【背景技術(shù)】中單一馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)傳輸譜示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型【背景技術(shù)】中單一微環(huán)諧振腔傳輸譜示意圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的傳輸譜示意圖；
[0018]其中:1-輸入輸出直波導(dǎo)、2-環(huán)形諧振腔、20-左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、21-第一直波
導(dǎo)、22-右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、23第二直波導(dǎo)、24-環(huán)形波導(dǎo)、240-第一 j左圓環(huán)、241-第二半



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圓環(huán)、242-第一7右圓環(huán)、25-第三直波導(dǎo)、10-輸入端、11-第四直波導(dǎo)、12-第五直波導(dǎo)、
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13-第六直波導(dǎo)、14-輸出端、4-馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)、30-第一方向f禹合器、31-第二方向耦合器、22-21-20反饋波導(dǎo)回路。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的闡述。
[0020]如圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施例的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個(gè)輸入輸出直波導(dǎo)1、一個(gè)環(huán)形諧振腔2，所述環(huán)形諧振腔包括:第一直波導(dǎo)21、左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)20、右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)22、第二直波導(dǎo)23、環(huán)形波導(dǎo)24以及第三直波導(dǎo)25,所述第二直波導(dǎo)23和第三直波導(dǎo)25共線,所述輸入輸出直波導(dǎo)1、第一直波導(dǎo)21與第二直波導(dǎo)23和第三直波導(dǎo)25平行，左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)20的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)21的第一端和第二直波導(dǎo)23的第一端，右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)22的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)21的第二端和第三直波導(dǎo)23的第二端，環(huán)形波導(dǎo)24的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)23的第二端和第三直波導(dǎo)25的第一端；輸入輸出直波導(dǎo)I依次包括輸入端10、第四直波導(dǎo)11、第五直波導(dǎo)12、第六直波導(dǎo)13以及輸出端14 ;所述第二直波導(dǎo)23與第四直波導(dǎo)11構(gòu)成第一方向I禹合器30,所述第三直波導(dǎo)25與第六直波導(dǎo)13構(gòu)成第二方向f禹合器31，所述環(huán)形波導(dǎo)24與第五直波導(dǎo)12構(gòu)成馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4，所述環(huán)形波導(dǎo)24作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4的彎曲臂，所述第五直波導(dǎo)12作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4的直臂。其中，在本申請(qǐng)方案中，所述輸入輸出直波導(dǎo)I是一個(gè)一體化的整體器件，為了描述方便，在這里被人為的定義為輸入端10、第四直波導(dǎo)11、第五直波導(dǎo)12、第六直波導(dǎo)13以及輸出端14 ;同樣的，所述環(huán)形諧振腔2也是作為一個(gè)一體化的整體器件。
[0021]其中，所述環(huán)形諧振腔2和馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4作為整個(gè)傳感器件的主體部分，通過采用非平衡式馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，由于其兩臂在未加待分析物質(zhì)時(shí)已有一個(gè)初始相位差，當(dāng)外界分析物質(zhì)改變時(shí)，不等的兩臂感知的相位變化不同，相位差改變，故可用于探測(cè)待分析物質(zhì)的變化；所述拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器不僅克服了采用單臂做檢測(cè)制作工藝難、器件尺寸大等缺點(diǎn)，還解決了采用整個(gè)器件都覆蓋有待檢測(cè)環(huán)境物質(zhì)時(shí)傳統(tǒng)的平衡型MZI無法用于檢測(cè)的問題，同時(shí)，它還兼顧了微環(huán)諧振腔和MZI干涉儀二者的優(yōu)點(diǎn)，利用諧振腔的諧振效應(yīng)和MZI的FSR大的特點(diǎn)，不僅增加了光與物質(zhì)相互作用的長(zhǎng)度而且還增大了其自由光譜范圍，縮小了器件尺寸，增大了制作容差。[0022]其中，所述環(huán)形波導(dǎo)包括第一I左圓環(huán)240、第二半圓環(huán)241、第一丄右圓環(huán)242，
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第一4左圓環(huán)240的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)23的第二端和第二半圓環(huán)241的第一端， 4
第一I右圓環(huán)242的兩端分別延伸出第二半圓環(huán)241的第二端和第三直波導(dǎo)25的第一端， 4
所述第一i左圓環(huán)240、第一1:右圓環(huán)242的內(nèi)徑與第二半圓環(huán)241的內(nèi)徑相切；所述第一
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I左圓環(huán)240和第一丄右圓環(huán)242的內(nèi)徑為R2，第二半圓環(huán)241的內(nèi)徑為R3，其中所述R244
和R3相等或者近似；所述左半圓反饋環(huán)20和右半圓反饋環(huán)22的半徑為R1，所述Rl大于R2、R3。
[0023]下面為了本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解并且實(shí)施本實(shí)用新型技術(shù)方案，將結(jié)合具體的工作過程對(duì)一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器作詳細(xì)說明:
[0024]首先，外部入射的光通過輸入輸出波導(dǎo)I的輸入端10注入到整個(gè)器件中，并且向輸出端14方向傳播,經(jīng)過第一方向I禹合器30,通過倏逝波I禹合,一部分的光側(cè)向I禹合進(jìn)入了環(huán)形諧振腔2中，另一部分光則沿輸入輸出直波導(dǎo)I繼續(xù)向前傳播，這兩部分光分別經(jīng)過馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4的彎曲臂和直臂，也就是環(huán)形諧振腔的環(huán)形波導(dǎo)24部分和輸入輸出直波導(dǎo)的第五直波導(dǎo)12，這兩支同頻率同初始相位的光，在經(jīng)歷第一方向耦合器30時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)η的相位跳變，`兩束光經(jīng)歷光程不同的兩臂，在馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4發(fā)生干涉，造成了光強(qiáng)的重新分配，滿足干涉相長(zhǎng)條件的光波得到了增強(qiáng)，不滿足干涉條件的光波受到抑制。同時(shí)馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)4的輸出端又作為第二方向耦合器31的輸入端，通過倏逝波耦合，一部分光由第三直波導(dǎo)25的末端經(jīng)反饋回路22-21-20反饋回第一方向耦合器30的始端，所述右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、第一直波導(dǎo)以及左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)構(gòu)成反饋回路22-21-20，經(jīng)歷這樣一個(gè)或若干個(gè)完整的周期達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后在整個(gè)環(huán)形諧振腔2中產(chǎn)生諧振效應(yīng)，另一部分光則直接由輸入輸出直波導(dǎo)I的輸出端14進(jìn)行輸出。
[0025]馬赫曾德爾干涉儀的輸出譜是正弦函數(shù)的平方形式，它將形成一套干涉條紋，如
圖2所示，對(duì)馬赫曾德爾干涉儀，當(dāng)其兩臂的光程差滿足《.ΔΖ = &? + ￡|.1ΜΖ?，其中，所述n為外界環(huán)境物質(zhì)的折射率，m為干涉級(jí)次，λ KI為入射光波長(zhǎng)，AL=L1-L2=(Jij).(R2+R3)，
所述U、L2分別為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的彎曲臂和直臂長(zhǎng)度，民為分別第一I左圓環(huán)、第




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一 +右圓環(huán)半徑和第二半圓環(huán)的半徑，選擇適當(dāng)?shù)母缮姹坶L(zhǎng)度，使AL滿足存在這樣一系 4
列整數(shù)干涉級(jí)次m,對(duì)應(yīng)一系列相應(yīng)的干涉相長(zhǎng)的波長(zhǎng)值λΜΖΙ。單一馬赫曾德爾干涉儀輸出的正弦平方譜的周期取決于干涉臂的長(zhǎng)度差A(yù)L，從以上公式可以看出，(R2+R3)越大，其周期越小，也就是單一馬赫曾德爾干涉儀的FSR越小，可以理解為馬赫曾德爾干涉儀的光程差越大，其FSR越小，因此在滿足環(huán)的彎曲損耗的條件下，宜選擇較小尺寸的圓環(huán)作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的彎曲臂以實(shí)現(xiàn)大的FSR。[0026]環(huán)形諧振腔的輸出譜為等間距的梳狀譜，如圖3所示，環(huán)形腔的周長(zhǎng)C滿足以下諧振條件，n *C=m*A胃，其中，所述η為外界環(huán)境物質(zhì)的折射率，C為環(huán)形腔的周長(zhǎng)，m為干涉級(jí)次，λ-為入射光波長(zhǎng)；由于環(huán)的諧振作用，只有當(dāng)環(huán)形諧振腔的光程等于光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，某些波長(zhǎng)的光才能在環(huán)內(nèi)得到增強(qiáng)，而從環(huán)形諧振腔內(nèi)耦合出來的光與輸入輸出直波導(dǎo)直接傳輸?shù)墓飧缮嫦嘞?，輸出譜的形式為與環(huán)內(nèi)譜互補(bǔ)的在諧振峰處下降的梳狀譜的形式。由于游標(biāo)效應(yīng)，只有當(dāng)某些特定波長(zhǎng)的光波同時(shí)滿足馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)和環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)的諧振條件時(shí)，二者的諧振峰在那些波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)得到加強(qiáng)，稱為諧振波長(zhǎng)，而其它相鄰的諧振峰由于不重疊而強(qiáng)度減弱，受到抑制。但由于馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的干涉相長(zhǎng)作用使得在諧振波長(zhǎng)處出射端口光強(qiáng)恒為1，環(huán)形諧振腔干涉引起的諧振峰下降被馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的干涉相長(zhǎng)作用所掩蓋，因此該諧振峰處無法用于檢測(cè)，故我們?cè)隈R赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)λ ΜΖΙ和環(huán)形諧振腔的波長(zhǎng)λ胃間引入一個(gè)微小的偏移量ε，使馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的頻譜略微向右移動(dòng)，這樣就可以消除馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的干涉相長(zhǎng)作用在諧振波長(zhǎng)處對(duì)環(huán)形諧振腔在諧振波長(zhǎng)處諧振峰的下降的掩蓋作用，得到高消光比、高Q值的可以用于檢測(cè)的諧振峰，其中Q值越高，器件的靈敏度越高。
[0027]本實(shí)用新型一種拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器的具體的工作過程為:整個(gè)器件均與外界待監(jiān)測(cè)環(huán)境物質(zhì)相接觸，當(dāng)外界環(huán)境物質(zhì)改變時(shí)，波導(dǎo)上包層感受到外界折射率的變化△!!，改變了光能量在光波導(dǎo)中的分布，從而引起波導(dǎo)內(nèi)模式有效折
射率的變化△ Neff,最終改變光經(jīng)過該光波導(dǎo)的相位，其相位改變量為
【權(quán)利要求】
1.拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，包括一個(gè)輸入輸出直波導(dǎo)、一個(gè)環(huán)形諧振腔，所述環(huán)形諧振腔包括:第一直波導(dǎo)、左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)以及第三直波導(dǎo)，所述第二直波導(dǎo)和第三直波導(dǎo)共線，所述輸入輸出直波導(dǎo)、第一直波導(dǎo)與第二直波導(dǎo)和第三直波導(dǎo)平行，左半圓反饋環(huán)波導(dǎo)的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)的第一端和第二直波導(dǎo)的第一端，右半圓反饋環(huán)波導(dǎo)的兩端分別延伸出第一直波導(dǎo)的第二端和第三直波導(dǎo)的第二端，環(huán)形波導(dǎo)的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)的第二端和第三直波導(dǎo)的第一端； 輸入輸出直波導(dǎo)依次包括輸入端、第四直波導(dǎo)、第五直波導(dǎo)、第六直波導(dǎo)以及輸出端；所述第二直波導(dǎo)與第四直波導(dǎo)構(gòu)成第一方向耦合器，所述第三直波導(dǎo)與第六直波導(dǎo)構(gòu)成第二方向耦合器，所述環(huán)形波導(dǎo)與第五直波導(dǎo)構(gòu)成馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形波導(dǎo)作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的彎曲臂，所述第五直波導(dǎo)作為馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的直臂。
2.如權(quán)利要求1所述的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，所述環(huán)形波導(dǎo)包括第一 I/4左圓環(huán)、第二半圓環(huán)、第一 I/4右圓環(huán)，第一1/4左圓環(huán)的兩端分別延伸出第二直波導(dǎo)的第二端和第二半圓環(huán)的第一端，第一 I右圓環(huán)的兩端分別延伸出第二半圓環(huán)的第二端和第三直波導(dǎo)的第一端，所述第一1/4左圓環(huán)、第一1/4右圓環(huán)的內(nèi)徑與第 二半圓環(huán)的內(nèi)徑相切，且第一1/4左圓環(huán)、第二半圓環(huán)、第一1/4右圓環(huán)之間的連接處呈平滑連接。
3.如權(quán)利要求2所述的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，所述第一I左圓環(huán)和第一1/4右圓環(huán)的內(nèi)徑為R2,第二半圓環(huán)的內(nèi)徑為R3,所述R2和R3 相等。
4.如權(quán)利要求3所述的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，所述左半圓反饋環(huán)和右半圓反饋環(huán)的半徑為R1，所述Rl大于R2、R3。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，所述輸入輸出直波導(dǎo)與所述環(huán)形波導(dǎo)之間的I禹合通過第一方向I禹合器和第二方向耦合器實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的拱形環(huán)結(jié)構(gòu)的馬赫曾德爾干涉型光學(xué)生化傳感器，其特征在于，所述波導(dǎo)為無源脊形波導(dǎo)或條形波導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK203385662SQ201320413519
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】王卓然, 袁國(guó)慧, 姚佳 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)