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美國(guó)E+E聚合物光波導(dǎo)生化傳感器的研制
相對(duì)于溫度傳感（熱光調(diào)制器）和電光傳感（電光調(diào)制器）應(yīng)用，將聚合物作為有源波導(dǎo)材料用于光波導(dǎo)生化傳感是種新的嘗試。與其它光波導(dǎo)材料相比，聚合物材料降低了材料及器件的制備成本；有利于在傳感器上同時(shí)集成調(diào)制器（電光、熱光）進(jìn)行相位微調(diào)。

美國(guó)E+E聚合物光波導(dǎo)生化傳感器的研制
大量的臨床研究發(fā)現(xiàn)，激光波長(zhǎng)為650nm,正處于血紅蛋白光譜吸收峰，zui容易被人體血液中的血紅蛋白所吸收而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，被稱為"人體的黃金波段"。本文以光波在波導(dǎo)中的傳播理論及波導(dǎo)中的消逝場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，建立一種基于消逝波吸收的光波導(dǎo)生化傳感器，來(lái)檢測(cè)血紅蛋白濃度。本論文的主要內(nèi)容如下：1、通過(guò)數(shù)值分析的方法，證明了反對(duì)稱模式結(jié)構(gòu)中由于消逝波的能量更多地集中于待測(cè)層，因此具有更高的靈敏度。2、在分析經(jīng)典消逝波光波導(dǎo)生化傳感器的基礎(chǔ)上，提出以厚度小于消逝場(chǎng)穿透深度的與芯層折射率接近的包層作為消逝場(chǎng)激發(fā)層，并保證光在波導(dǎo)中進(jìn)行單模傳輸，使芯層厚度接近導(dǎo)模截止厚度，以降低功率限制因子，激發(fā)出更強(qiáng)的消逝場(chǎng)。3、在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以硅片作為襯底，以PDMS材料作為下包層，以摻有環(huán)氧樹脂的PMMA-GMA作為芯層，PMMA-GMA作為消逝場(chǎng)激發(fā)層，通過(guò)溶膠-凝膠法制備聚合物材料，蒸鍍鋁掩膜，光刻，ICP刻蝕等工藝制作了形貌良好，損耗較低的直波導(dǎo)生化傳感器。4、利用一個(gè)帶尾纖的650nm的半導(dǎo)體激光器作為光源，通過(guò)光纖連接器將光耦合進(jìn)拉錐光纖，之后在顯微鏡及攝像機(jī)的監(jiān)視下通過(guò)五維精密微動(dòng)臺(tái)將光波耦合進(jìn)入波導(dǎo)，在聚合物波導(dǎo)器件表面滴加不同濃度的血紅蛋白溶液，輸出光經(jīng)光纖耦合通過(guò)光探測(cè)器連接到光功率計(jì)上，通過(guò)觀察波導(dǎo)輸出光強(qiáng)的變化對(duì)器件性能進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在加大溶液濃度后近場(chǎng)輸出光斑明顯變?nèi)趿?，證明了這種器件的可行性。
溫度敏感性是影響波導(dǎo)微環(huán)光學(xué)生化傳感器性能的重要因素。從微環(huán)諧振方程出發(fā)分析了微環(huán)傳感器溫度敏感性產(chǎn)生的機(jī)理，研究了以SU8-NOA61-SU8三明治結(jié)構(gòu)聚合物襯底代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅襯底，利用襯底的熱膨脹效應(yīng)抵消波導(dǎo)的熱光效應(yīng)，來(lái)消除聚合物波導(dǎo)微環(huán)光學(xué)生化傳感器的溫度敏感性。采用ANSYS軟件對(duì)三明治襯底的厚度進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，得到了溫度不敏感條件下的襯底厚度參數(shù)。

美國(guó)E+E聚合物光波導(dǎo)生化傳感器的研制
對(duì)SU8和NOA61旋涂成膜工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分別為0.07μm@20 r/min和0.34μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物襯底波導(dǎo)微環(huán)傳感器的溫度敏感性和探測(cè)極限值，達(dá)到了帶有溫控裝置的硅襯底聚合物波導(dǎo)微環(huán)傳感器的性能。