基于光波導環(huán)腔結構的生物傳感器研究.pdf

1、光波導環(huán)腔傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾性強、微型化等優(yōu)點成為了目前熱門研究的傳感器件之一。其利用介質中傳播的倏逝場來感應環(huán)境折射率的變化，從而進行生物探測。本文基于強度探測和波長探測方法，提出了兩種新型傳感器件，研究了其器件結構和傳感特性，給出了優(yōu)化設計方案，在優(yōu)化設計下，提出的新型傳感器取得了優(yōu)良的性能。完成的主要研究工作如下:
　　首先針對微型化、集成化、穩(wěn)定性好、靈敏度高的生物傳感探測，設計了一種新型的反饋式跑道型光學微環(huán)

2、傳感器，該傳感器主要由U型反饋波導、跑道諧振腔和敏感環(huán)組成。采用傳輸矩陣方法推導了該傳感器的歸一化輸出光強公式，數(shù)值分析了傳輸損耗因子、自耦合因子和敏感環(huán)尺寸等對傳感靈敏度的影響性質。根據分析結果對結構參數(shù)進行了優(yōu)化，優(yōu)化結構不僅可以輸出尖銳陡峭的非對稱法諾諧振光強譜線，還具有較高的法諾諧振光譜斜率，能更好的增強傳感靈敏度。在信噪比為30dB的測量系統(tǒng)中，優(yōu)化的反饋式跑道型光學微環(huán)傳感器的探測極限可以達到4.48×10-8單位折射率。<

3、br>　　其次針對寬譜的波長探測型生物傳感應用，設計了一種基于馬赫-曾德干涉(Mach-Zehnder Interference，MZI)結構的可產生游標效應的雙微環(huán)諧振腔傳感器。其主要由兩個3dB耦合器、兩組雙直波導、一個敏感環(huán)和一個參考環(huán)組成。采用耦合模理論推導了該傳感器的歸一化輸出光強公式，分析了其光強輸出譜線性質。仿真分析表明，該傳感器可輸出具有較大振幅的主諧振峰光強譜線，其主諧振峰可呈數(shù)字式移動，當被探測物的有效折射率變化為探