一種多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光傳感芯片領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾十年，光學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)診斷、食品衛(wèi)生檢測(cè)等研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。其中，運(yùn)用激光在傳感元件表面產(chǎn)生倏逝波，基于倏逝波特性發(fā)展起來(lái)的光學(xué)生物傳感器是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的研宄熱點(diǎn)和國(guó)際前沿。倏逝波傳感器利用了全內(nèi)反射光學(xué)現(xiàn)象，即光線從光密介質(zhì)(較高折射率的介質(zhì)，如波導(dǎo)傳感元件)進(jìn)入到光疏介質(zhì)(較低折射率的介質(zhì)，如待測(cè)樣品)，當(dāng)入射角大于等于臨界角時(shí)，入射光將發(fā)生全反射，此時(shí)，在光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)的界面，仍然會(huì)有部分能量泄露到光疏介質(zhì)，這部分能量叫做倏逝場(chǎng)。
[0003]半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，它體積小、壽命長(zhǎng)，并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達(dá)GHz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。半導(dǎo)體激光器的核心發(fā)光部分是由P型和η型半導(dǎo)體構(gòu)成的ρη結(jié)管芯，當(dāng)注入ρη結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，紫外光或近紅外光。
[0004]半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)(即利用電子)在能帶間躍迀發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。
[0005]基于全內(nèi)反射原理的熒光標(biāo)記生物傳感器具有檢測(cè)靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛研宄。這類傳感器通常利用倏逝場(chǎng)能量激發(fā)傳感元件表面捕獲的熒光分子，由此建立起與待測(cè)樣品中污染物濃度的定量關(guān)系。由于倏逝場(chǎng)在光疏介質(zhì)中呈指數(shù)衰減，通常滲透深度只有幾百nm，因此能夠有效隔離及削弱待測(cè)樣品中的背景干擾，提高檢測(cè)的靈敏度和選擇性。同時(shí)，激發(fā)光在探測(cè)區(qū)域發(fā)生全反射，易于與激發(fā)出來(lái)的熒光信號(hào)進(jìn)行區(qū)分?；诩す庹T導(dǎo)熒光的倏逝波傳感器具有很高的檢測(cè)靈敏度，對(duì)痕量污染物具有檢測(cè)能力。
[0006]多指標(biāo)并行檢測(cè)具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用需求和前景。多指標(biāo)并行檢測(cè)中通常需要采用不同的生化反應(yīng)條件，為了從空間上對(duì)不同反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行隔離，需要設(shè)計(jì)分叉的光路結(jié)構(gòu)，以形成多個(gè)光傳輸通道，也稱為多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片。研制多通道激光誘導(dǎo)傳感芯片的主要技術(shù)手段是將入射光耦合進(jìn)光波導(dǎo)，通過(guò)Y型分叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將耦合進(jìn)光波導(dǎo)的一束光分成四個(gè)通道。在歐盟第5、6輪框架計(jì)劃(FP5、FP6)的指引下研發(fā)的四通道32指標(biāo)平面光波導(dǎo)型激光誘導(dǎo)熒光傳感芯片是該方面的代表性成果，見(jiàn)附圖1，其中，11為激光器，30為光波導(dǎo)元件，21為激光尾纖，4為樣品池。該芯片以離子交換工藝在高折射率玻璃表面形成掩埋式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，然而通過(guò)兩次Y型分叉結(jié)構(gòu)形成四通道光路，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是芯片制作過(guò)程復(fù)雜，由于光波導(dǎo)尺寸限制，實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)-激光器單模尾纖的耦合非常困難，耦合效率低，嚴(yán)重影響該技術(shù)的實(shí)用化?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0007]實(shí)用新型涉及一種多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片，以解決傳統(tǒng)多通道激光誘導(dǎo)傳感芯片制作過(guò)程復(fù)雜、耦合效率低的問(wèn)題。
[0008]本實(shí)用新型提供了一種多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片，包括:半導(dǎo)體激光器、線產(chǎn)生器和光波導(dǎo)元件，其中，所述半導(dǎo)體激光器、線產(chǎn)生器和玻璃片順序安裝，所述光波導(dǎo)元件為長(zhǎng)條形光波導(dǎo)元件，所述光波導(dǎo)元件包括:上表面、下表面、頭端面、尾端面和側(cè)面，所述頭端面設(shè)置在靠近線產(chǎn)生器端，所述頭端面與所述光波導(dǎo)元件上表面之間的角度設(shè)置為15°?165°，所述上表面與所述下表面平行，所述上表面、下表面及頭端面均經(jīng)過(guò)拋光，且所述上表面、下表面及頭端面粗糙度Rz小于1.6 μπι。
[0009]進(jìn)一步地，其中，所述光波導(dǎo)元件由折射率在1.40?2.50范圍內(nèi)的光波導(dǎo)材料制成。
[0010]進(jìn)一步地，其中，所述光波導(dǎo)元件由折射率在1.40?2.50范圍內(nèi)的玻璃制成。
[0011]進(jìn)一步地，其中，所述光波導(dǎo)元件由折射率在1.40?2.50范圍內(nèi)的有機(jī)聚合物材料制成。
[0012]進(jìn)一步地，其中，所述光波導(dǎo)元件由折射率為1.51459的光波導(dǎo)材料制成。
[0013]進(jìn)一步地，其中，所述尾端面上涂有吸光材料。
[0014]進(jìn)一步地，其中，所述頭端面與所述光波導(dǎo)元件上表面之間的角度設(shè)置為30°?60。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片，本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:
[0016](I)本實(shí)用新型采用半導(dǎo)體激光器輸出激光，通過(guò)線產(chǎn)生器后形成線光源，以線光源作為激發(fā)光源，激發(fā)光源通過(guò)光波導(dǎo)元件頭端面進(jìn)入波導(dǎo)元件，采用折射率在1.40?2.50的高折射率的光透明材料制作光波導(dǎo)元件，激發(fā)光入射角大于全發(fā)射角時(shí)，進(jìn)入波導(dǎo)元件后形成多條全反射線，這種光耦合方式的空間對(duì)準(zhǔn)容差小，對(duì)光耦合系統(tǒng)的精度要求低，耦合效率高，具有顯著的實(shí)用化優(yōu)點(diǎn)。
[0017](2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片采用線光源為激發(fā)光源，相對(duì)于傳統(tǒng)的Y型分叉光路結(jié)構(gòu)，使得芯片中光路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。
【附圖說(shuō)明】
[0018]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片Y型分叉光路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型提供的多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型為本實(shí)用新型激發(fā)光在光波導(dǎo)元件內(nèi)全反射光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如在說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮盏恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過(guò)其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說(shuō)明書后續(xù)描述為實(shí)施本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本申請(qǐng)的一般原則為目的，并非用以限定本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本申請(qǐng)的限定。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]結(jié)合圖2，本實(shí)施例提供一種多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片，包括:半導(dǎo)體激光器1、線產(chǎn)生器2和光波導(dǎo)元件3，其中，
[0026]所述半導(dǎo)體激光器1、線產(chǎn)生器2和光波導(dǎo)元件3順序安裝，所述光波導(dǎo)元件3為長(zhǎng)條形光波導(dǎo)材料元件，所述光波導(dǎo)元件包括:上表面31、下表面32、頭端面33、尾端面34和側(cè)面35，所述頭端面33設(shè)置在靠近線產(chǎn)生器端，所述頭端面33與所述光波導(dǎo)元件上表面之間的角度設(shè)置為15°?165°，所述上表面31與所述下表面32平行，所述上表面31、下表面32及頭端面33均經(jīng)過(guò)拋光，且所述上表面31、下表面32及頭端面33粗糙度Rz小于L 6 μ m0
[0027]所述光波導(dǎo)元件3是由折射率在1.40?2.50范圍內(nèi)的光波導(dǎo)材料制成的。優(yōu)選地，該光波導(dǎo)材料為石英玻璃、有機(jī)聚合物等光透明材料。本方案采用半導(dǎo)體激光器輸出激光，輸出激光經(jīng)過(guò)線產(chǎn)生器形成線光源，以此線光源作為激發(fā)光源，通過(guò)光波導(dǎo)元件的頭端