發(fā)布時間：2021-07-28 09:27

　　生物傳感器因其在醫(yī)療診斷,藥物研發(fā),環(huán)境監(jiān)測,食品工業(yè)以及生化安全等領域的廣泛應用而取得了快速的發(fā)展,其中基于光學的生物傳感器由于其超高的靈敏度,較強的抗電磁干擾能力,可多功能集成及具有高度靈活性的優(yōu)勢,獲得了廣泛的研究和應用。在過去的幾年里,在高性能計算機和超高速通信系統(tǒng)的驅(qū)動下,硅基光子學發(fā)展迅猛,從光子器件的設計,制作工藝,器件封裝及測試都有許多進展,已經(jīng)逐步走向產(chǎn)業(yè)化應用。本論文的目的是利用硅基光子學已經(jīng)取得的成果,針對生物傳感應用進行研究,開發(fā)出高性能,低成本的傳感器,滿足未來的需求。本文的一個研究重點為基于折射率檢測的超高靈敏度光學傳感器。首先,對硅基光波導傳感器的制作、測試、及性能評估等進行了系統(tǒng)研究,驗證了基于硅基微納光波導的級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器工作在TM模式下具備超高的傳感靈敏度,同時提出了基于波分復用方式實現(xiàn)級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器陣列化集成的方案,實驗結果顯示此傳感器陣列具備極高的性能和良好的溫度特性；然后,研究了工作在波長探測模式的基于馬赫澤德干涉儀的傳感器,實驗結果顯示了其較高的傳感靈敏度和高度的靈活性,并且研究了基于馬赫澤德干涉儀與環(huán)形諧振腔級聯(lián)的傳感方案,通過... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 基于折射率探測的光學生物傳感器
        1.2.1 基于表面等離子體波的生物傳感器
        1.2.2 基于光波導的生物傳感器
    1.3 基于拉曼光譜技術的生物傳感器
    1.4 本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點
2 光波導傳感器的理論基礎
    2.1 光波導的理論及仿真方法
        2.1.1 光波導的電磁場分析理論
        2.1.2 光波導的數(shù)值計算方法
    2.2 環(huán)形諧振器的基本理論
        2.2.1 環(huán)形諧振器的基本結構及原理
        2.2.2 環(huán)形諧振器的矩陣分析方法
        2.2.3 環(huán)形諧振器的光譜特性
        2.2.4 環(huán)形諧振腔傳感器的傳感靈敏度
    2.3 馬赫澤德干涉儀的基本理論
        2.3.1 MZI的基本結構和原理
        2.3.2 MZI的光譜特性分析
        2.3.3 基于MZI的傳感器的傳感靈敏度
    2.4 本章小結
3 硅基光波導器件的制作與測試
    3.1 硅基光波導器件的制作工藝
        3.1.1 硅波導傳感器制作工藝流程
        3.1.2 電子束光刻
        3.1.3 波導的刻蝕
        3.1.4 包層的生長及傳感窗口的制作
    3.2 硅波導器件與光纖的耦合
        3.2.1 端面耦合
        3.2.2 垂直耦合
    3.3 波導性能參數(shù)的精確測量
        3.3.1 群折射率
        3.3.2 波導損耗
        3.3.3 溫度特性
        3.3.4 方向耦合器的全耦合長度
    3.4 本章小結
4 基于硅基微納光波導的級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器
    4.1 級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器的結構及原理
        4.1.1 級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器的基本結構
        4.1.2 基于波長探測的傳感原理及游標效應
        4.1.3 基于強度探測的傳感原理
        4.1.4 基于波分復用方式集成的傳感器陣列
    4.2 級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器的實驗研究及結果分析
        4.2.1 單個級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器
        4.2.2 基于波分復用方式集成的傳感器陣列
        4.2.3 級聯(lián)環(huán)形腔傳感器的實驗結果分析
    4.3 級聯(lián)環(huán)形諧振腔傳感器的溫度特性
    4.4 本章小結
5 基于馬赫澤德干涉儀的硅基微納光波導傳感器
    5.1 基于波長探測的MZI傳感器
        5.1.1 基于MZI的傳感器的設計
        5.1.2 基于MZI的傳感器的實驗驗證
        5.1.3 MZI傳感器的溫度特性
    5.2 基于環(huán)形諧振腔與MZI級聯(lián)的傳感器
        5.2.1 MZI-ring傳感器的設計
        5.2.2 MZI-ring傳感器的實驗驗證
        5.2.3 MZI-ring傳感器實驗結果的分析
        5.2.4 MZI-ring傳感器的溫度特性
    5.3 MZI傳感器與環(huán)形諧振腔傳感器的比較
        5.3.1 有效傳感靈敏度
        5.3.2 相對溫度敏感性
    5.4 MZI傳感器應用一：溫度傳感
        5.4.1 溫度傳感器的設計
        5.4.2 溫度傳感器的實驗驗證
    5.5 MZI傳感器應用二：生物傳感
        5.5.1 硅基光波導傳感器的表面功能化
        5.5.2 生物傳感靈敏度的測試
    5.6 本章小結
6 基于硅基微納光波導的拉曼光譜傳感器
    6.1 光波導拉曼光譜傳感器的結構及原理
    6.2 傳感器的實驗驗證及分析
    6.3 本章小結
總結與展望
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
博士論文
[1]基于刻蝕衍射光柵的芯片光譜儀研究[D]. 馬驍.浙江大學 2013
[2]基于SOI的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔光波導傳感器研究[D]. 金磊.浙江大學 2012



本文編號：3307659