专利名称：微量湿度和有机气体集成光波导芯片传感器及制备方法
技术领域：
本发明属于测量湿度和气体浓度的传感器。
背景技术：
应用光电学方法检测及测量低湿度和低浓度有机气体面临诸多技术困难，尤其是检测及测量百万分比数量级的低湿度和低浓度。光波导是通过光的全反射效应把光束限制在一定区域内传播的光学器件结构，分为平面光波导和条形光波导，前者基本结构为三层平面薄膜，中间薄膜的折射率大于上下两层薄膜，从而在中间形成波导层；后者要求具有光波谐振腔模式和波导结构。“一种光波导传感器及其制作方法”(中国发明专利申请号 201010171743. 7)，其光波导基片介质为耐高温光学材料，在光波导基片上有线状光波导并在其表面设置光栅，光波导限制为单模的或少数几个模，使得光栅谐振模式与其对应。光波导材料的折射率随环境温度变化而改变光波导光栅的周期，通过检测光栅的谐波波长变化则可测量温度。本申请的目的是提出测量温度的传感器，而制备工艺需要用耐高温且对温度敏感的光学材料以及附加光栅。与本发明目的相关的文献中，“一种基于谐振干涉复合结构和游标效应的光波导传感器”(中国发明专利申请号200910153230. 0)，包含输入波导、四个分支波导、输出波导等。光从输入波导进入分支波导、与两侧对称设置的传感谐振腔和参照谐振腔耦合，传感谐振腔与参照谐振腔光学长度不同，谐振频率不完全重合，而传感谐振腔的部分波导与被测物质接触，引起谐振模式折射率变化，从而谐振谱移动产生游标效应。 将此移动放大并转换为相邻两个谐振峰的功率比变化而检测被测物质。除上述外，中国发明专利还有申请号201010171743. 7,200910154601. 7,200920200575. 2等文献。但该类光波导传感器为金属构件，至少需要一个谐振腔，且光路十分复杂，准确的谐振频率必需精确的制作工艺。通常的，光学杨氏干涉条纹强度分布和干涉条纹间距为
权利要求
1.微量湿度和有机气体集成干涉光波导芯片传感器，其特征是该传感器由低折射率平面光波导A和高折射率平面光波导E按EAEA排序交替覆盖在A上或按EAEAS排序交替覆盖在衬底S上的平面玻璃膜组成，其中，表层E为感应层，被测气体分子通过感应层进入传感器，而低折射率平面光波导A折射率为1. 455 1. 464，高折射率平面光波导E折射率为 1. 465 1. 495。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征是低折射率平面光波导A折射率为1.45，高折射率平面光波导E的折射率为1. 465 1. 495。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征是该传感器的膜应力为50 80MPa。
4.一种制备如权利要求1 3所述的集成光波导芯片传感器的方法，包括以下步骤(1)将SiH4和N2O混合气体输入PECVD机的反应室，反应后得到纯SiO2,折射率为 1. 455 1. 464，作为低折射率平面光波导S或/和A ；(2)在上述混合气体中掺杂锗烷组成锗烷混合气体输入PECVD机的反应室，锗烷浓度占混合气体浓度的9% ；同时输入氨气，氨气为混合气体浓度的5% 12%，反应后得到掺杂锗的SiO2材料，折射率为1. 465 1. 495，作为高折射率平面光波导E ； (3)返回步骤(1)制备低折射率平面光波导A；(4)返回步骤(2)制备高折射率平面光波导E；或者，用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯之一通过离心甩胶法制备高折射率平面光波导E ；上述气体的反应过程中反应室温度为300°C、压强为400mTorr，反应后，经1100°C退火炉缓慢退火。使制成的传感器每层膜厚为2. 5 3. 0 μ m。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是在反应中进入反应室的锗烷气体流速为 300mL/min，氨气流速为 150 400mL/min。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征是在反应室中反应时间为21 25min 以确定淀积出的膜厚。
全文摘要
微量湿度和有机气体集成光波导芯片传感器及制备方法，属于测量湿度和气体浓度的传感器。本发明传感器由平面光波导A和E按EAEA～EAEAS排序交替覆盖在A上或衬底S上组成，表层E为感应层，A和E折射率分别为1.45、1.465～1.495或进一步为1.465～1.48。制备是用PECVD方法使掺杂SiO2的两个平面光波导E夹在纯SiO2平面光波导A之间构成玻璃薄膜芯片。本发明传感器厚度仅约15μm，灵敏度达ppm量级，体积小、高稳定、准直简便，成本低、工业化生产，可用于环境、医疗及工业领域的实时监测。
文档编号G01N21/45GK102183489SQ20101060283
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者任一涛 申请人:云南大学