面33耦合后进入波导元件，通过光波导元件的调节架4调节光波导元件3的位置，从而调节激光进入光波导元件3的入射角，使得光线在波导内形成全反射，在波导表面的每一条全反射线均可作为荧光标记生物检测的激发能量，从而实现多通道检测。
[0028]本实用新型的多通道激光诱导荧光芯片中形成的光路结构简单、紧凑，光通过头端面入射进入光波导元件，这种光耦合方式的空间对准容差小，对光耦合系统的精度要求低，激发光与光波导的耦合效率高，可方便地实现多通道激光诱导荧光检测，具有显著的实用化前景。
[0029]实施例2:
[0030]结合图2，本实施例提供的多通道激光诱导荧光芯片，包括:半导体激光器1、线产生器2和光波导元件3，其中，制作所述光波导元件3的玻璃材料是在紫外-可见及红外光(350nm?800nm)范围内光传输损耗小的玻璃，玻璃材料折射率在1.40?2.50范围内，优选地，该玻璃材料折射率在1.50?2.50范围内结构上主要分为上表面31、下表面32、头端面33、尾端面34和侧面35。所述头端面33用于激发光的親合，头端面33与上表面31之间的夹角在15°?165°之间；上表面31与下表面32严格平行，平行度误差小于2秒，保证线状光源在玻璃芯片内部传输时具有相同的全反射条件；头端面33、上表面31及下表面32均需要抛光，局部表面粗糙度Rz〈l.6 μ m ;尾端面34上涂有吸光材料，优选地，在尾端面34上涂一层黑色油漆，以吸收传输到玻璃芯片尾端的激发光，避免激发光发射回去对测定结果造成干扰，使得检测结果真实、可靠。
[0031 ] 特殊结构的光波导元件3，半导体激光器I及线产生器2构成了激发光路，优选地，使用K9玻璃材料制作光波导元件3。所述的半导体激光器I发射激光，经过线产生器2整合后，形成横向功率均匀分布(误差〈20%)、具有设定横向长度的线形激发光，经过准直后形成光线厚度〈1_，光线偏心角度〈1.6mrad的激发光。
[0032]实施例3:
[0033]结合图2和图3，本实施例提供的多通道激光诱导荧光芯片，包括:半导体激光器
1、线产生器2和光波导元件3，其中，制作所述光波导元件3的玻璃材料是在紫外-可见及红外光(350nm?800nm)范围内光传输损耗小的玻璃，玻璃材料折射率为1.51459，结构上主要分为上表面31、下表面32、头端面33、尾端面34和侧面35。光波导元件下表面与头端面角度α为45°，Θ为激发光在光波导元件头端面与水平面的夹角，Φ为激发光在光波导元件头端面的入射角，β为激发光在波导内传输时与波导上下表面法线的夹角。
[0034]所述光波导元件3设置为:长65mm、宽15mm、厚1.5mm。所述半导体激光器I为波长635nm的半导体激光器，其发射的激光通过线产生器2整合，形成宽度为10mm，厚度〈1mm的线形光，其传输方向的发散角〈1.6mrad。根据斯涅尔定律，入射光在光波导中的全反射传输要求入射光与光波导下表面的夹角Θ〈19.65°。优选地，本方案中选定入射光与光波导下表面的夹角Θ为18.9°时，β为16.4°，此时波导步长为30mm，在所述波导元件表面形成的全反射线为10条，即形成的通道数为10个:Tl?T10。更优选地，当β为61.9°时，此时波导步长为5.6mm,在所述波导元件表面形成的全反射线为12条，即形成的通道数为12 个:T1 ?T12。
[0035]在满足斯涅耳定律的前提下，波导表面倏逝波强度随入射角的减小而增大。当波导折射率，光波导元件下表面与头端面角度α，以及波导长度都确定时，则入射光与光波导底面的夹角可选择在范围:eraitic；al〈e〈9o°，其中f3raitic;al为玻璃相-水相的全反射临界角，本设计中，^raitical= 61.4°。例如，若选取61.9彡β彡63°，则可形成通道数为12个；若β =63.4°，则通道数为11个。本设计中综合考虑可形成通道数与表面倏逝波强度分布，选取β =61.9°。
[0036]该多通道激光诱导荧光芯片的不同通道对Cy5.5荧光染料具有高灵敏度的响应能力，各通道对Cy5.5荧光分子溶液的探测灵敏度可达10_9mOl/L，各通道间信号幅值及探测灵敏度差异均小于5%。
[0037]相对于现有技术中的多通道激光诱导荧光芯片，本实用新型的优势在于:
[0038](I)本实用新型采用半导体激光器输出激光，通过线产生器后形成线光源，以线光源作为激发光源，激发光源通过光波导元件头端面进入波导元件，采用折射率在1.40?
2.50的高折射率的光透明材料制作光波导元件，激发光入射角大于全发射角时，进入波导元件后形成多条全反射线，这种光耦合方式的空间对准容差小，对光耦合系统的精度要求低，耦合效率高，具有显著的实用化优点。
[0039](2)与现有技术相比，本实用新型所述的多通道激光诱导荧光芯片采用线光源为激发光源，相对于传统的Y型分叉光路结构，使得芯片中光路的结构简单、紧凑。
[0040]上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，包括:半导体激光器、线产生器和光波导元件，其中，所述半导体激光器、线产生器和玻璃片顺序安装，所述光波导元件为长条形光波导元件，所述光波导元件包括:上表面、下表面、头端面、尾端面和侧面，所述头端面设置在靠近线产生器端，所述头端面与所述光波导元件上表面之间的角度设置为15°?165°，所述上表面与所述下表面平行，所述上表面、下表面及头端面均经过抛光，且所述上表面、下表面及头端面粗糙度Rz小于1.6 μπι。2.根据权利要求1所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述光波导元件由折射率在1.40?2.50范围内的光波导材料制成。3.根据权利要求2所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述光波导元件由折射率在1.40?2.50范围内的玻璃制成。4.根据权利要求2所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述光波导元件由折射率在1.40?2.50范围内的有机聚合物材料制成。5.根据权利要求2所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述光波导元件由折射率为1.51459的光波导材料制成。6.根据权利要求1所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述尾端面上涂有吸光材料。7.根据权利要求1所述的多通道激光诱导荧光芯片，其特征在于，所述头端面与所述光波导元件上表面之间的角度设置为30°?60°。
【专利摘要】本实用新型提供一种多通道激光诱导荧光芯片包括：半导体激光器、线产生器和光波导元件，其中，半导体激光器、线产生器和光波导元件顺序安装，光波导元件为长条形，光波导元件包括：上表面、下表面、头端面、尾端面和侧面，头端面设置在靠近线产生器端，头端面与光波导元件上表面之间的角度设置为15°～165°，上表面与下表面平行，上表面、下表面及头端面均经过抛光，且上表面、下表面及头端面粗糙度Rz小于1.6μm。本实用新型解决了传统多通道激光诱导传感芯片制作过程复杂、耦合效率低的问题。
【IPC分类】G01N21/64
【公开号】CN204649625
【申请号】CN201520364595
【发明人】周小红, 施汉昌, 宋保栋, 路密芳
【申请人】清华大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月29日