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《浙江大学》 2011年
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基于V型耦合腔的激光内腔生物传感器研究

楼敏  
【摘要】:随着物联网概念的提出与不断深入,“更透彻的感知,更广泛的互联互通,更深入的智能化”成为物联网未来的发展方向。生物传感技术作为一门多学科交叉、相互渗透的高新“感知”技术,被广泛应用于临床医学、生物科学、军事科学、药物分析及环境监测等众多学科中,而且研究开发的势头在不断加大,实用化、商品化的步伐也在不断加快。光学生物传感作为一种能够直接探测生物分子反应的方法,以其非破坏性的操作模式、快速的信号产生和读取速率而在生物传感领域得到广泛的关注。并随着近年来集成光电子器件小型化和集成化的迅猛发展,光学生物传感已经成为集成光电子器件在取得巨大成功的光纤通信应用后的又一个重要的应用领域。 本文提出了一种基于V型耦合腔的激光内腔生物传感器。该激光内腔生物传感器包括一个V型耦合腔激光器和一个2×2多模干涉耦合器。由于V型耦合腔激光器的参照谐振腔的光学长度约为传感谐振腔光学长度的2倍,当传感区样品性质变化引起激光腔的光程变化时,激光器腔模将从一个模式跳变到相邻模式,该过程中V型激光器两输出端口相位差发生变化,通过测量腔外多模干涉耦合器出射端口的功率比即可以获得被测样品性质变化的相关信息。 本文利用Rsoft软件详细设计、分析了器件结构,包括波导的单模条件,有源无源的集成及波导灵敏度,并利用激光器阈值条件及多模速率方程等对传感灵敏度进行了详细的理论分析。结果表明相较于其他集成光波导生物传感器,该传感器首次将通信用激光器应用于传感,通过有源、无源混合集成实现了传感器的探测光源集成,减小了体积;在V型耦合腔激光器的基础上,引入两倍光学长度的游标效应,结合相应的腔外耦合器设计,从而脱离外部光谱探测设备,实现该传感器的功能集成,提高了便携性、可操作性;同时在工艺上通过湿法氧化法最大化了波导灵敏度,设计上使用游标效应以及激光腔内传感效应,显著提高该传感器的灵敏度。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP212.3

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