使用环形谐振器传感器的液体感测系统和方法_3

文档序号:9522551阅读:来源:国知局
的样品类型和特性(诸如流体的组成、温度或寿命)产生在整个区上不同的吸收率。作为结果,经相互作用的光从多通道相互作用区404出射。经相互作用的光在相比于所发射的光时衰减。
[0049]经相互作用的光从区404出射并且经由输出端口 406从波导400出射。经相互作用的光由诸如以上示出的那个之类的检测器测量。在一个示例中,输出端口 406具有允许经相互作用的光从波导400出射的光栅。在另一示例中,输出端口 406具有与检测器成一直线定位的出口或开口。
[0050]图4B是图示了使用光子晶体并且具有四个端口的环形多通道波导400的图。波导400可以合并到以上描述的传感器200中以便测量或检测样品。波导400包括增强波导400的吸收率而不消耗大面积的多通道或谐振器区。
[0051]使用光子晶体形成波导400。示出示例图案以图示光子晶体,然而要领会的是,该图案是用于说明目的并且可以利用其它图案。图案是二维或三维的并且被配置用于包括但不限于波长、吸收等等的特性。波导400被示出有立方体晶格,然而可以利用其它配置,包括但不限于六边形晶格、六边形环等等。
[0052]波导400利用合适的材料或者由合适的材料形成。在一个示例中,光子晶体和/或波导400形成在硅晶片上。此外,环氧树脂和/或酰亚胺可以用作波导400内的光子层。可以用于波导400的另一材料是PMMI (聚乙二醇甲基丙烯酸酯)——具有在3mm厚度处90%的透射率的无定形、完全透明的塑料。针对PMMI的折射率随酰亚胺的浓度变高而增加。
[0053]波导400包括输入端口 402、PhC多通道相互作用区404、和输出端口 406。输入端口 402从光源接收所发射的光,沿直波导传播它并且将光耦合到环404中。在被俘获在环404中之后(其中发生与样品的相互作用),部分衰减的光被朝向输出端口向外耦合到直波导。在一个示例中,输入端口 402被配置有允许光进入的光栅。在另一示例中,光源与输入端口 402成一直线定位以使所发射的光指向输入端口 402中。
[0054]多通道相互作用区404,也称为谐振器区,包括被配置成导致所发射的光多次经过的环形或弯曲形状。图4B中的箭头图示了光通过区404的一般旋转。环形形状和大小被配置用于所选波长和吸收率。当所发射的光经过吸收、相互作用区404时,所发射的光根据接近相互作用区404的样品而衰减。衰减的量和/或比率根据样品和样品的特性而变化。例如,变化的样品类型和特性(诸如样本的寿命和温度)产生在整个区上不同的吸收率。作为结果,经相互作用的光从多通道相互作用区404出射。经相互作用的光在相比于所发射的光或没有样品212的情况下的光时衰减。
[0055]经相互作用的光从区404出射并且经由输出端口 406从波导400出射。经相互作用的光由诸如以上示出的那个之类的检测器测量。在一个示例中,输出端口 406具有允许经相互作用的光从波导400出射的光栅。在另一示例中,输出端口 406具有与检测器成一直线定位的出口或开口。
[0056]要指出的是,波导400的配置使光可以直接经过波导400。此外,当从顶部查看时,光顺时针行进贯穿多通道区404。
[0057]图5是具有锥形光栅区的波导300的图。波导300被描绘有锥形光栅区。要领会的是,具有多通道区的其它波导可以利用锥形光栅区,包括例如图3B的波导300。
[0058]波导300包括输入端口 302、多通道区304和输出端口 306。输入端口 302耦合到或包括输入锥形光栅区512。输出端口 306耦合到或包括输出锥形光栅区514。
[0059]光栅区512具有朝向波导300缩窄的锥形形状。锥形形状准许相对于波导300的宽度具有较宽的波束散布或简单地较大的波束直径的光源。例如,锥形形状允许经由输入端口耦合到波导300中的来自源的光量的增加。作为结果,可以利用不太限制性的光源。光栅包括区内的间隔或分离的开口并且被配置成允许光进入波导300。在光栅区512内的开口之间存在分段。如所示,光栅也包括锥形形状。光栅被配置成具有取决于开口的尺寸的衍射级。
[0060]输出光栅区514也具有锥形形状并且其远离波导300而扩张或增加。锥形形状使从波导300出射的光分散并且准许利用较大尺寸的检测器。
[0061]图6是具有线性或非锥形光栅区的波导300的图。波导300在此被描绘有线性光栅区。要领会的是,具有多通道区的其它波导可以利用线性光栅区,包括例如图3B的波导300。
[0062]波导300包括输入端口 302、多通道区304和输出端口 306。输入端口 302耦合到或包括输入光栅区612。输出端口 306耦合到或包括输出光栅区614。
[0063]光栅区612具有一般匹配波导300的非锥形、线性形状。该形状一般要求具有比用于图5的光源更窄的散布(或小波束直径)的匹配光源。光栅被配置成允许光进入波导300。
[0064]输出光栅区614还具有与波导300成一直线的线性形状。线性形状维持从波导300出射的光的窄宽度并且准许利用较小尺寸的检测器。
[0065]要领会的是,设想到光栅区的变型。例如,图5的锥形输入光栅区512可以与使用波导400或300的线性输出光栅区614 —起使用。作为另一示例,线性输入光栅区612可以与使用波导400或300的锥形输出光栅区514 —起使用。
[0066]图7是图示了具有六边形组件的隔膜700的图。隔膜700被用于支撑一个或多个波导或将其附接于此,所述波导典型地具有多通道相互作用区。隔膜700可以用于以上描述的隔膜214。
[0067]隔膜700包括多个六边形组件以形成蜂巢图案。各个组件可以是相对刚性的;然而,组件之间的连接线可弯曲并且改进柔性。
[0068]隔膜700包括合适的材料并且具有所选折射率。隔膜700可以被配置成支撑其它组件,包括但不限于传感器、光源、光检测器、互连等等。
[0069]图8是图示了操作具有多通道相互作用区的传感器的方法800的流程图。方法800使用多次经过相互作用区以减小所利用的空间并且改进吸收率。
[0070]方法800在块802处开始,其中选择波长或波长的范围。可以根据要检测的样品和/或样品的类型来选择波长。此外,可以选择波长以检测特定化学性质和环境性质。在一个示例中,将波长选择成仅包括红外光。
[0071]在块804处根据所选波长配置具有多通道相互作用区的波导。波导被配置成具有所选特性,诸如所选高度宽度和长度。其它所选特性可以包括材料、多通道区形状等等。在一个示例中,多通道相互作用区被配置成具有根据所选波长和/或要检测的化学和环境性质选择的半径。
[0072]在块806处,光源发射具有所选波长的光。在一个示例中,光源被控制成仅提供所选波长。在另一示例中,光源被设计成发射所选波长。光源还被配置成发射已知并且稍后可以用于确定通过波导的衰减的光量。在又一示例中,光源可以发射宽带光并且经由诸如光子晶体之
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