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]本實用新型涉及光傳感芯片領(lǐng)域，具體地說，本實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、臨床醫(yī)學(xué)診斷、食品衛(wèi)生檢測等研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。其中，運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)展起來的光學(xué)生物傳感器是生物監(jiān)測技術(shù)的研宄熱點和國際前沿。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)進入到光疏介質(zhì)(較低折射率的介質(zhì)，如待測樣品)，當(dāng)入射角大于等于臨界角時，入射光將發(fā)生全反射，此時，在光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)的界面，仍然會有部分能量泄露到光疏介質(zhì)，這部分能量叫做倏逝場。
[0003]半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，它體積小、壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來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GHz的頻率直接進行電流調(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，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。
[0004]半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵方式，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靈敏度高的優(yōu)點，得到了廣泛研宄。這類傳感器通常利用倏逝場能量激發(fā)傳感元件表面捕獲的熒光分子，由此建立起與待測樣品中污染物濃度的定量關(guān)系。由于倏逝場在光疏介質(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樣品中的背景干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性。同時，激發(fā)光在探測區(qū)域發(fā)生全反射，易于與激發(fā)出來的熒光信號進行區(qū)分?；诩す庹T導(dǎo)熒光的倏逝波傳感器具有很高的檢測靈敏度，對痕量污染物具有檢測能力。
[0006]多指標(biāo)并行檢測具有越來越廣泛的應(yīng)用需求和前景。多指標(biāo)并行檢測中通常需要采用不同的生化反應(yīng)條件，為了從空間上對不同反應(yīng)過程進行隔離，需要設(shè)計分叉的光路結(jié)構(gòu)，以形成多個光傳輸通道，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光波導(dǎo)，通過Y型分叉結(jié)構(gòu)設(shè)計，將耦合進光波導(dǎo)的一束光分成四個通道。在歐盟第5、6輪框架計劃(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)的缺點是芯片制作過程復(fù)雜，由于光波導(dǎo)尺寸限制，實現(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)的實用化。【實用新型內(nèi)容】
[0007]實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)傳感芯片制作過程復(fù)雜、耦合效率低的問題。
[0008]本實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)的有機聚合物材料制成。
[0012]進一步地，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]進一步地，其中，所述尾端面上涂有吸光材料。
[0014]進一步地，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]相對于現(xiàn)有技術(shù)中的多通道激光誘導(dǎo)熒光芯片，本實用新型的優(yōu)勢在于:
[0016](I)本實用新型采用半導(dǎo)體激光器輸出激光，通過線產(chǎn)生器后形成線光源，以線光源作為激發(fā)光源，激發(fā)光源通過光波導(dǎo)元件頭端面進入波導(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，進入波導(dǎo)元件后形成多條全反射線，這種光耦合方式的空間對準(zhǔn)容差小，對光耦合系統(tǒng)的精度要求低，耦合效率高，具有顯著的實用化優(yōu)點。
[0017](2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實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)簡單、緊湊。
【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(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為本實用新型為本實用新型激發(fā)光在光波導(dǎo)元件內(nèi)全反射光路示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開放式用語，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)問題，基本達到所述技術(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，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0023]以下結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細(xì)說明，但不作為對本申請的限定。
[0024]實施例1:
[0025]結(jié)合圖2，本實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)過線產(chǎn)生器形成線光源，以此線光源作為激發(fā)光源，通過光波導(dǎo)元件的頭端