Si基微环谐振腔化学传感检测方法研究.pdf

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1、32传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第10期DOI：10．13873／J．1000--9787(2015)10-0032--03Si基微环谐振腔化学传感检测方法研究雷龙海，唐军，张天恩，郭浩，刘俊'(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)摘要：提出了一种非标记光化学传感检测方法：光波导谐振谱检测，通过感应环形波导表面有效折射率变化进行化学传感；理论分析，并结合光学测试系统，利用此方法实现了微环谐振腔结构对NaC1离子、结

2、晶紫分子溶液的在线浓度测量，实验得到：其检测灵敏度分别达181．47pm／lO～，227nm／(mol·L)，证明了该方法可以应用于化学溶液检测领域。关键词：光波导谐振谱；微环谐振腔；化学传感器；非标记检测中图分类号：TN247；TN815文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)10-0032-03t·ud1VOncn1emi●calsenSl●ngd'-et·ecnJ●0nmetJn10c1I1n0rl●—1Dasen1●●．：I：mlCr0=rlngresonatorLEILong．hail，2，TANGJun．-。ZHANGTian—en，一，GUOHao．-，LIU

3、Jun，。(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan03005l，China；2．ScienceandTechnologyonElectronicTest&MeasurementLaboratory，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Alabel—freeopticalwaveguideresonancespectroscopychemical

4、sensingdetectionmethodviainducingthechangeofeffectiverefractiveindexofthesurfaceofwaveguidebasedonmicro—ringresonatorispresented．．Throughtheoreticalanalysisandopticaltestsystem，usingthismethodrealizesmeasurementoftheconcentrationofNaC1andcrystalvioletsolution．Thedetectionsensitivityof181．47pm／lOa

5、nd227nm／(mol·L)，respectively，areachievedexperimentally，whichprovesthismethodcanbeappliedinthefieldofchemicalsolutiondetection．Keywords：opticalwaveguideresonancespectroscopy；micro—ringresonator；chemicalsensor；label—freedetec—tion0引言变，导致光学谐振谱线发生漂移，通过对谐振谱线漂移量和作为环境科学、医药学及食品安全等研究领域的有力检测浓度的测试分析，可实现si基集

6、成光波导谐振谱线的工具，化学传感器越来越受到科学家的关注j，而在各种化学离子分子在线检测。新型化学传感器中，基于表面等离子体谐振型、光纤1实验系统型，、光子晶体型t、干涉器型。和光波导型等免实验采用光学测试系统平台，如图1(a)所示，主要由标记的光学平面波导传感器，由于其高的灵敏度、单片集成可调谐激光源(NewFocusTLB--6700)、光电探测器(4NIC—性和低成本而被广泛地应用到化学分子离子检测、食品环K15)、示波器(TektronixDF02024)及三维高精度隔振调节境安全、医学诊断等传感领域。架组成。光源由可调谐激光器发出，经锥形光纤传输并耦本文提出了一种基于si基微环

7、谐振腔的化学传感检合进人直波导，与微环腔结构发生耦合谐振，最终从直波导测方法：si集成光波导谐振谱(opticalwaveguideresonance输出端输出，经光电探测器转换后输入到示波器，通过示波spectroscopy，OWRS)检测，当环形波导表面存在不同浓度化学离子、分子时，波导倏逝场能够迅速“捕捉到”波导表器对实验结果进行观察记录。实验中光源的输出功率为面物质折射率的变化，从而使结构自身有效折射率发生改2mW，光源波长