r>[0019] 图10是50°C时，传感区域包层为纯水(折射率为1.32224)溶液时AWG的各输出通道 检测到的功率大小分布。
[0020] 图11是25 °C时，传感区域包层为含分析物的（折射率为1.335)溶液时AWG的各输出 通道检测到的功率大小分布。
[0021] 图12是50°C时，传感区域包层为含分析物的(折射率为1.33224)溶液时AWG的各输 出通道检测到的功率大小分布。
[0022] 图13是外界环境溫度分别为0°C、25°C、5(rC和80°C时，传感区域在不同折射率的 水溶液中，利用传感微环的直通输出端得到的波长漂移量W及通过重屯、算法利用阵列波导 光栅的光谱检测到的波长漂移量(其中，线条表示环的直通端中计算得到的谐振波长漂移 大小，离散点表示AWG中检测到的微环的谐振波长漂移大小）。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0024] 参照图1~图13,一种无热的片上集成的光波导生物传感器忍片，包括一个集成的 宽带光源1、至少一个微环的传感区域2、一个阵列波导光栅(AWG)ll、一个探测器阵列20,所 述的宽带光源1和微环传感区域2的输入端相连接，所述的阵列波导光栅11包括Ξ条输入阵 列波导和至少Ξ条输出阵列波导，所述的Ξ条输入波导中的中间一条输入波导和微环传感 区域2的下载端输出波导相连接，其余两条输入波导关于中间输入波导呈对称分布，所述的 至少Ξ条输出波导和一个具有相同数目的探测器阵列20相连接;传感微环在检测物质中随 外界环境溫度变化的波长漂移量和阵列波导光栅11随外界环境溫度变化的波长漂移量相 同，即二者具有相同的溫度相关性。
[0025] 宽带光源1发出的光禪合到传感区域2的传感微环4中，经谐振后由传感微环4的下 载端5输出到阵列波导光栅的中屯、输入端1〇6,并经过与6连接的线性锥形展宽区域7进入阵 列波导光栅11中传输，最后由阵列波导光栅的输出阵列波导12禪合进与之相连接的探测器 阵列20中。
[0026] 阵列波导光栅11具有Ξ个输入端8(1-1)、9(11)、6(1〇)且8和9关于6对称，阵列波导 光栅的中屯、输入端1〇6与阵列波导光栅11相连接的地方插入了一段线性锥形展宽区域7,且 7的末端展宽宽度16主要取决于6的输入光场分布21在阵列波导光栅第二个平板波导19的 聚焦线13上再次聚焦时该光场能量能被多少个相邻输出通道接收，图4给出了该输入光场 21在输出聚焦线13上聚焦时被相邻四个输出波导所接收的示意图，当21只被一个输出波导 接收时，7的末端宽度16与输出阵列波导12的入口宽度14相同；当16被超过一根输出波导接 收时，7的末端宽度16大于输出阵列波导12的入口宽度14。同时，8和9的末端宽度17与输出 阵列波导12的入口宽度14相同。
[0027] 阵列波导光栅11的各输出阵列波导12对应于1〇端6输入时的各通道中屯、响应波长 的确定主要通过参考输入端I-i8和Ii9确定，即对应于6输入时第#1个输出通道的中屯、响应 波长λ_?_Ιο应分别是在8和9分别输入时该通道得到的中屯、响应波长λ_?_Ι-ι和λ_?_Ιι的平 均值，即λ_?_Ι〇=(λ_?_Ι-ι+λ_?_Ιι)/2,所W测量了从8和9分别输入时12中对应的输出响应 波长就可W推算出6输入时12中各通道的中屯、响应波长λ_?_Ι〇,外接光源的光禪合进入参 考输入端8和9是通过忍片表面的光栅禪合器10实现。
[0028] 传感区域的微环4随溫度变化的输出波长漂移量和阵列波导光栅11随溫度变化的 输出波长漂移量相同，即二者具有相同的溫度相关性。由于微环和阵列波导光栅二者随溫 度变化的波长漂移量主要取决于波导尺寸、工作波长和波导上包层材料的热光系数，图5、6 分别给出了传感微环4和阵列波导光栅11的阵列波导15所使用的波导横截面示意图。在设 计所述忍片时，首先考虑含待检验物质的分析物做传感微环4的上包层材料时，传感微环4 在某一特定波长和不同波导结构下随溫度变化的波长漂移系数，接着再考虑阵列波导光栅 11随溫度变化的波长漂移系数，阵列波导光栅11的上包层材料的选择主要从稳定性、易开 窗口和热光系数来考虑，同时计算出阵列波导光栅11在特定工作波长和选定的上包层材料 下随不同阵列波导15尺寸变化的波长漂移系数，最后比较传感环4和阵列波导光栅11的溫 度相关系数，确定二者相同时所对应的各自波导尺寸，需要注意的是传感微环4的波导尺寸 的选取要同时兼顾传感检测的灵敏度高和波导传输损耗小。
[0029] 传感微环4的谐振波长信息主要通过阵列波导光栅11来推算，利用一种重屯、算法 来实现，传感微环4的中屯、响应波长Aring经过6进入11中传输，接着输出到12，再禪合进探测 器阵列20中，并且在20中的第#1个探测器接收到的光功率为化wer_iaring)，同时根据前面 得到的该通道的中屯、响应波长λ_?_Ι〇,利用重屯、算法我们就可W推算出传感微环4在t时刻 的谐振中屯、波长Aring_AWG，即：
[0030]
[0031] 将该波长λ\?Μ_ΑΚ与传感微环4的初始响应波长AeringATC比较就可W推算出4中发 生物质检测后的波长漂移量A λ。图7给出了重屯、算法推算传感微环4的谐振波长示意图。
[0032] 当传感区域2含有Ν(Ν> 2)个不同周长的谐振微环4时，阵列波导光栅11的输出阵 列波导12被分割成独立的Ν组，每一组对应一个传感微环的检测，并分别利用重屯、算法推算 出每一组对应的传感微环的谐振波长信息。
[0033] 下面我们将W-个实际的例子来对本发明作进一步阐述：
[0034] 考虑娃层厚度为25化m的SOI材料，选择SU-8聚合物和二氧化娃材料作为整个忍片 的上包层，同时考虑传感区域的检测物质为不同折射率的水溶液，而该情形是大多数生物 传感器的检验类型。下表给出了所设及材料的物理参数：
[0035]
[0036] 图8给出了基于条形波导的传感微环在水溶液作上包层(波导结构如图5a所示)和 阵列波导光栅(波导结构如图6a所示)分别在Si化和SU-8作上包层时，波导的工作模式为TM 基模，传感微环和AWG的光谱随溫度变化的关系示意图，从该图我们可W看出传感微环和 AWG的溫度相关性与波导宽度和上包层材料有关。综合考虑到传感微环中的波导宽度应满 足单模传输和低损耗的要求W及AWG的良好性能（即波导宽度不能太窄），同时考虑到微环 开传感窗口的简单可操作性，我们选择SU-8作为整个忍片的上包层，且该材料具有很好的 稳定性和寿命，在CMOS工业中广泛使用。为了达到忍片的无热特性，传感微环和AWG应该具 有相同的溫度相关性，根据图8,当传感微环的宽度在400nm附近和阵列波导光栅在SU-8作 上包层时宽度在lOOOnm附近二者具有相同的溫度相关性，并且400nm时传感微环具有很好 的灵敏度和较小的波导传输损耗，同时lOOOnm的波导宽度也使马鞍形结构的阵列波导光栅 (图3所示)具有很好的性能。从该图还可W看出，对于阵列波导光栅的波导在SU-8作上包层 且宽度大于lOOOnm时，它随波导宽度变化的溫度相关性趋于不变，即改变波导宽度时，阵列 波导光栅随溫度变化的波长漂移量不变，也就是说在lOOOnm宽度下，阵列波导光栅中的阵 列波导和平板波导（可W看做是波导宽