一种基于游标效应的马赫曾德调制型谐振腔传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及对气体分子或者生物分子等特定的化学或生物物质的检测技术，具体 设及光生化传感技术领域，特别设及一种基于游标效应的马赫曾德调制型谐振腔传感器。
【背景技术】
[0002] 进入二十一世纪W来，随着科技的日新月异，人们的生活水平得到不断改善，但同 时也伴随着越来越多的环境问题日益突出，尤其是近年来受到雾霸天气的影响，人们开始 关注与自身健康密切相关的方面，如环境监测、疾病医疗等，对食品、医药、水质的安全需求 也显著增加。同时，在军事战场上，生化武器作为一种新型的智能化武器逐渐应用到现代战 争中。因此，无论是关乎到民生的环境、医疗问题还是军事上都迫切需要一种能对生物化学 成分快速准确检测分析的器件或者系统，正是该些需求，极大的促进了光子生化传感器的 应用和发展。
[0003] 微纳光子生化传感器是一种W生物或化学组分为敏感基元，W光信号为载体，对 目标检测物具有高度选择性和高灵敏度的检测器件。与其它物理信号相比，光信号具有灵 敏度高、抗电磁干扰强、噪声低等特点，因此光学生化传感器与其它传感器相比具有高稳定 性和高灵敏度的优势，被广泛认为是非常具有发展前景的生化传感器。目前已商用的微纳 光子生化传感器中大部分都是利用光谱学、巧光标定和表面等离子共振等来检测特定生物 或化学组分W及相关化学反应的存在。然而，由于大部分器件难W制造，并且操作繁琐，很 难做成移动便携式传感检测系统。在小型化便携生化传感器的研发中，基于SOI平面波导 的生化传感器发展十分迅速，由于其具有尺寸小、灵敏度高、易集成化、成本低、选择性好等 优点而受到广泛关注。娃光子器件由于具备与成熟的CMOS工艺相兼容的特点，非常适合光 子集成领域的光互联。
[0004] 但现有的单一马赫曾德禪合微环传感结构探测范围小，器件制作难度大且难W实 现器件小型化和便携化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种集成了双马赫曾德干设仪和环形谐 振腔的传感器结构。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于游标效应的马赫曾德调制型 谐振腔传感器，包括自下而上依次层叠键合的娃基层、二氧化娃层和单晶娃层构成的SOI 基体，所述SOI基体的单晶娃层包含同一平面内的U形波导和环形谐振腔，U形波导包括 依次连接的第一禪合直波导、第二禪合直波导、第一圆弧连接波导、第=禪合直波导、第四 禪合直波导、第二圆弧连接波导、第五禪合直波导和第六禪合直波导；环形谐振腔包括第 一半环波导、第一圆弧波导、第二半环波导、第二圆弧波导、第=半环波导、第=圆弧波导、 第四半环波导和第四圆弧波导，它们首尾相连形成环形谐振腔；所述第一禪合直波导、第二 禪合直波导和第二半环波导构成第一禪合器，第=禪合直波导、第四禪合直波导和第=半 环波导构成第二禪合器，第五禪合直波导和第六禪合直波导和第四半环波导构成第=禪合 器。
[0007] 优选地，第二禪合直波导、第一圆弧连接波导、第=禪合直波导、第二半环波导的 左半部分、第二圆弧波导和第=半环波导的上半部分构成第一马赫曾德干设仪，第四禪合 直波导、第二圆弧连接波导、第五禪合直波导、第=半环波导的下半部分、第=圆弧波导和 第四半环波导的左半部分构成第二马赫曾德干设仪。
[000引优选地，第一半环波导、第一圆弧波导和第四圆弧波导构成反馈回路。
[0009] 优选地，所述第一圆弧连接波导和第二圆弧连接波导均为圆环的四分之一圆弧。
[0010] 优选地，所述第一半环波导、第二半环波导、第=半环波导和第四半环波导为半径 相等的圆环的二分之一圆弧。
[0011] 优选地，所述第一圆弧波导、第二圆弧波导、第=圆弧波导和第四圆弧波导为半径 相等的圆环的四分之一圆弧。
[0012] 优选地，所述U形波导和环形谐振腔为无源脊形波导或条形波导。
[0013] 本发明的有益效果；本发明所提供的基于游标效应的马赫曾德调制型谐振腔传感 器，与传统的单一马赫曾德禪合微环传感结构相比，采用该种级联双马赫曾德干设仪和环 形谐振腔的传感结构能对环形谐振腔进行二次调制，使马赫曾德干设仪和环形谐振腔的频 谱有效的叠加在一起，该样可W基于游标效应提高对准精度，从而有效提高器件的灵敏度， 实现大的动态范围的探测。另外采用该种结构化的集成不仅能缩小器件的总体尺寸，便于 器件的微型化和阵列化，而且还能显著的扩展器件的准自由光谱范围。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明马赫曾德调制型谐振腔传感器的截面图；
[0015] 图2是本发明马赫曾德调制型谐振腔传感器的俯视图；
[0016] 图3是本发明实施例的马赫曾德调制型谐振腔传感器的传输谱示意图；
[0017] 图4是本发明实施例的马赫曾德调制型谐振腔传感器的探测极限变化曲线图；
[0018] 图5是本发明实施例的马赫曾德调制型谐振腔传感器的谐振波长随有效折射率 改变量的变化曲线图。
[0019] 附图标记说明；1、U形波导；11、第一禪合直波导；12、第二禪合直波导；13、第一 圆弧连接波导；14、第=禪合直波导；15、第四禪合直波导；16、第二圆弧连接波导；17、第五 禪合直波导；18、第六禪合直波导；2、环形谐振腔；20、第一半环波导；21、第一圆弧波导； 22、第二半环波导；23、第二圆弧波导；24、第=半环波导；25、第=圆弧波导；26、第四半环 波导；27、第四圆弧波导；30、第一禪合器；31、第二禪合器；32、第S禪合器；40、第一马赫曾 德干设仪；41、第二马赫曾德干设仪；5、娃基层；6、二氧化娃层。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
[0021] 如图1和图2所示，本实施例的一种基于游标效应的马赫曾德调制型谐振腔传感 器，包括自下而上依次层叠键合的娃基层5、二氧化娃层6和单晶娃层构成的SOI基体，SOI 基体的单晶娃层包含同一平面内的U形波导1和环形谐振腔2,U形波导1和环形谐振腔2 为无源脊形波导或条形波导；其中u形波导1包括第一禪合直波导11、第二禪合直波导12、 第一圆弧连接波导13、第=禪合直波导14、第四禪合直波导15、第二圆弧连接波导16、第五 禪合直波导17和第六禪合直波导18,它们依次连接形成一个U形结构；第一禪合直波导11 和第六禪合直波导18等长且平行布置，第二禪合直波导12和第五禪合直波导17等长且平 行布置，第一禪合直波导11和第二禪合直波导12位于同一直线上，第五禪合直波导17和 第六禪合直波导18位于同一直线上；第二禪合直波导12和第=禪合直波导14之间由第一 圆弧连接波导13连接且第二禪合直波导12和第=禪合直波导14的延长线互相垂直，第四 禪合直波导15和第五禪合直波导17之间由第二圆弧连接波导16连接且第四禪合直波导 15和第五禪合直波导17的延长线互相垂直，第=禪合直波导14和第四禪合直波导15位 于同一直线上；其中第一圆弧连接波导13和第二圆弧连接波导16均为圆环的四分之一圆 弧，第一圆弧连接波导13的圆环半径为Rs，第二圆弧连接波导16的圆环半径为R4。
[0022] 环形谐振腔2包括第一半环波导20、第一圆弧波导21、第二半环波导22、第二圆弧 波导23、第=半环波导24、第=圆弧波导25、第四半环波导26和第四圆弧波导27,它们首 尾相连形成环形谐振腔2,环形谐振腔2为一个中空的十字形结构；第一半环波导20、第二 半环波导22、第=半环波导24和第四半环波导26为半径相等的圆环的二分之一圆弧，它们 的圆环半径为Ri，其中第一半环波导20和第=半环波导24左右对称分布，开口相对；第二 半环波导22和第四半环波导26上下对称分布，开口相对；第一圆弧波导21、第二圆弧波导 23、第=圆弧波导25和第四圆弧波导27为半径相等的圆环的四分之一圆弧，它们的圆环半 径为Ra。
[0023] 在本实施例中，第一禪合直波导11、第二禪合直波导12和第二半环波导22构成 第一禪合器30,第=禪合直波导14、第四禪合直波导15和第=半环波导24构成第二禪合 器31，第五禪合直波导17和第六禪合直波导18和第四半环波导26构成第=禪合器32 ; 第二禪合直波导12、第一圆弧连接波导13、第S禪合直波导14、第二半环波导22的左半部 分、第二圆弧波导23和第=半环波导24的上半部分构成第一马赫曾德干设仪40,第四禪合 直波导15、第二圆弧连接波导16、第五禪合直波导17、第=半环波导24的下半部分、第=圆 弧波导25和第四半环波导26的左半部分构成第二马赫曾德干设仪41 ;第一半环波导20、 第一圆弧波导21和第四圆弧波导27构成反馈回路。
[0024] 为了本领域技术人员能