的灵敏度差A s和/或槽状波导112和带状波导104之间的 群折射率差A义而进一步增强。
[0084] 这可以由上述示出的等式（2)看出。
[0085] 因此，通过配置传感器100以使得增加槽状波导112和带状波导104之间的灵敏 度差A S、和/或减小槽状波导112和带状波导104之间的群折射率A Ng，可以进一步增强 传感器100的灵敏度S。
[0086] 在示例性实施方式中，为了增大槽状波导112和带状波导104之间的灵敏度差 AS，将带状波导104的灵敏度S S&1P减小，和/或将槽状波导112的灵敏度Ssl°t增大。在 优选的实施方式中，如图4所说明，通过隔离带状波导104而降低带状波导104的灵敏度 S s&'除了传感器400的带状波导104由隔离层404封闭以与外部分析物108隔离之外， 图4中所描述的传感器400与图1B中所描述的传感器100相同。应当注意，在附图中（包 括图4)，与图1A和1B中相同或相似的参考编号应用于相同或相似的部分/部件，并且将 省略或简化该相同或相似的部分/部件的描述。用于隔离层404的优选或适当的材料为二 氧化硅（Si0 2)。本领域的技术人员应当理解，隔离层404不限于Si02隔离层，其他合适的/ 适当的材料都在本发明的范围之内。例如，在下文参考图8A所描述的优选实施方式中，该 隔离层由诸如聚合物材料（例如，诸如SU - 8的环氧树脂和各种类型的光刻胶）的低折射 率材料制成。
[0087] 只用于说明目的而并非限定，计算具有与上文所述相同的示例性参数并具有图4 所示的3102隔离层的传感器400的特性/性质，并在以下的表2中示出。
[0088]
[0089] 表2 :图4所示的示例性传感器的性质（具有上述示例性参数）
[0090] 通过比较表1和表2中的带状波导104的灵敏度SS&1P，可以清楚地看出，在Si0 2 隔离后S#113显著降低。其结果是，槽状波导112和带状波导104之间的灵敏度差AS显著 增加，因此这导致传感器400的灵敏度相应地大幅增加。如表2所示，所计算的传感器400 的灵敏度约为-2702. 4nm/RIU，比上述带状波导未被隔离的传感器100几乎大2倍。这展示 出为了增强传感器400的灵敏度而减小带状波导104的灵敏度的有效方法。
[0091] 如上所述，槽状波导112和带状波导104之间的灵敏度差AS也可以通过增强槽 状波导112的灵敏度^^进行增强。在实施方式中，这可以通过配置夹缝波导管112的一 个或多个参数来实现。为了证明这一点，图5A、5B以及5C示出了针对于槽状波导112的宽 度W s (在大约350nm至550nm范围内）、槽状波导112的间隙124的宽度g (在大约100nm至 300nm范围内）、以及肋高t (在大约Onm至100nm范围内）的传感器100、400的灵敏度S。 从图5A和5B清楚可知，对于两个传感器100、400,灵敏度S随着槽状波导112的宽度1和 /或随着槽状波导112的间隙124的宽度g的减小而增加。因此，已经证明，通过配置/调 节槽状波导112的参数，传感器100、400的灵敏度S可以分别高达1700nm/RIU和3500nm/ RIU。另一方面，根据图5C，发现传感器100、400的灵敏度S只与肋高t较弱地相关。
[0092] 在优选的实施方式中，槽状波导112的宽度Ws在约350nm至550nm的范围内，更 优选为在450nm至550nm的范围内，槽状波导112的间隙124的宽度g在约100nm至300nm 的范围内，更优选为在l〇〇nm至200nm的范围内，肋高t在约Onm至100nm的范围内。
[0093] 现在将描述光栅116的耦合系数和透射光谱。在带状波导104输出处的透射光谱 可以根据以下等式得出：
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 在以上等式中，L为光栅长度，K为用于表示光栅强度的特性的耦合系数，其根据 以下等式得到：
[0098]
[0099] 其中，c和y。为光在自由空间的速度和真空磁导率。和€&分别为带状波导 104和槽状波导112的归一化场。A表示光栅面积。根据等式（5)，当KL= 31/2且S = 〇时，在共振波长\处产生100%耦合。
[0100] 根据实施方式，光栅强度（即，親合系数）可以通过在带状波导104的上表面118 上配置蚀刻深度控制。为了证明这一点，图6示出耦合系数作为对于间距s的三个值的蚀 刻深度的函数的变化。可以看出，耦合系数随着蚀刻深度的增加而增加。此外，较小的间距 在相同的蚀刻深度下产生较大的耦合系数。图6也示出了实现kL= JI/2所需的相应光 栅长度。例如，当L= 1500 ym时，通过k=jt/2L= l.CMTXlO3!!!1得到实现最大对比度 所需的耦合系数，根据图6,其需要约28nm的蚀刻深度（约波导高度的厚度的7% )。
[0101] 图7A和7B分别示出了对于两个传感器100、400(即，未进行3102隔离和进行310 2 隔离）在不同外部折射率nj直下的透射光谱。两个传感器100、400的光栅长度都设置为 2000 ym。在这两幅图中，随着外部折射率增大，共振波长A。向更短的波长移位。通过比 较图7A和7B可以发现，进行Si02隔离的传感器400比未进行SiO 2隔离的传感器100更灵 敏。在图7C中，示出了共振波长A。对外部折射率^的相关性为线性。
[0102] 在又一实施方式中，如图8所示的传感器800被配置为具有降低或最小的温度相 关性。除了传感器400的带状波导104被聚合物层804隔离或封闭外，图8A所示的传感器 800与图1B所示的传感器100或图4所示的传感器400相同。应当注意，在附图中相同或 相似的参考编号表示相同或相似的部分/部件，并且将省略或简化该相同或相似的部分/ 部件的描述。
[0103] 在实施方式中，共振波长A。的温度相关性计算如下：
[0104]
[0105] 其中，(；1。2、(；：!、(；。_、(^4分别表示对于510 2基板114、外部分析物108、用于隔离 的聚合物覆盖层804、以及Si3N4的热光系数（T0C)。在本实施例中，发现传感器400具有正 温度相关性（即，随着温度增高，共振波长A。向更长的波长移位）。为了解决这个正温度 相关性，本实施方式提供具有负T0C的聚合物覆盖层804作为隔离层替代如在图4的实施 方式中公开的SiOjl404,以对传感器400的温度相关性进行补偿。发现当使用具有适当 的负T0C的聚合物材料时，等式（8)中的Ft可以为接近于0的小值。即，选择具有可以大 体上补偿传感器的正温度相关性的T0C的聚合物材料，以使得净温度相关性最小或大幅减 少，而且反之亦然。因此，传感器800的温度相关性可以有利地被显著降低或基本上消除。
[0106] 出于说明目的，对具有以下参数的每个传感器100、400、800进行试验：CSl(]2 =l.ox1〇5/r、cex=-8.ox1〇5/r(bp，对于水）、ccover= -1.sx1〇Vr、cSl3N4= 4. 0 X 10 5/°C、nOTVCT (n覆盖层）=1. 49 (TOC和折射率是聚合物的典型值）。图8B示出了对于 三个传感器100、400、800中的每一个分别在带状波导宽度的不同值（从900nm至lOOOnm) 下的共振波长的温度相关性。可以看出，未进行Si0 2隔离和进行了 Si02隔离的传感器 (即，100、400)分别具有约200pm/°C和约310pm/°C的正温度相关性。另一方面，当使用聚 合物隔离层804时，温度相关性对于大范围的带状波导宽度（S卩，大容差）显著降低至小于 20pm/°C。另外，通过选择具有约950nm的宽度的带状波导104,可以将温度相关性进一步 减小至大体为零。这可以从图8B中推导出，这是因为虚线（相当于零温度灵敏度）和进行 了聚合物隔离的曲线的交叉点在W在950nm左右时被定位。因此，通过应用聚合物隔离层 804,不仅增强了灵敏度，而且也大大降低了温度相关性。通常，具有适当T0C的任何聚合物 材料都是合适的，并且优选该聚合物材料是可构图的。举例但不进行限定，该聚合物材料可 以是 WIR30-490 或 SU-8。
[0107] 根据另一实施方式，传感器900配置为能够进行波长多路复用测量。如上所述，光 栅116本质上是波长选择性的。因此，传感器100、400、800可以扩展为适于波长多路复用 测量的配置。图9说明能够进行波长多路复用感测的传感器900的示意性俯视图，其中，沿 着带状波导104的上表面118形成具有不同周期ApA2、A3以及A4(对应不同的共振波 长）的四级光栅116a、116b、116c以及116d。每个光栅116都在各自的共振波长Ai、入2、 入3、以及入4产生感测信号，因此，可以在带状波导104的输出处观察到具有四个波峰的光 谱。然后可以监控或检测每个波峰的波长用于波长多路复用测量。
[0108] 因此，基于在带状波导104和槽状波导112之间的光栅辅助的同向光耦合，本发明 的实施方式提供了诸如在生化分析中的高灵敏度折射率传感器。该传感器具有高灵敏度， 而且可以通过隔离带状波导104和/或优化槽状波导参数进一步增强。利用聚合物隔离层， 传感器可以进一步实现最小的或显著减小的温度相关性。另外，因为光栅固有的波长选择 的性质，该传感器可以被配置为具有波