Fairchild仙童生化傳感器優(yōu)化與制備
為了應對日益嚴峻的生化威脅和在醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測領域的大量需求，光學生化傳感器吸引著越來越多的關注。平面光波導傳感器兼具光纖傳感器靈敏度高、響應迅速、抗電磁干擾能力強等點，還可以通過靈活設計與不同結構、不同功能的波導器件構成集成光子傳感芯片，符合光學生化傳感器多功能化、集成化和便攜化的未來發(fā)展方向。

Fairchild仙童生化傳感器優(yōu)化與制備
使用無機材料制備的波導器件因其生長工藝復雜、設備昂貴，不易實現大規(guī)的生產與應用。 目前針對應用于光通信領域的有機聚合物材料研究已較為成熟，材料成本較低、合成工藝簡單、對加工設備要求不高、結構種類豐富。在生化傳感領域與離子、蛋白質、細胞等待測物的生物化學兼容性更強。因此使用聚合物材料制備波導傳感器能彌補無機材料在這方面的不足。本論文結合目前存在的技術難題與未來發(fā)展趨勢，對幾種不同波導結構的聚合物平面光波導生化傳感器進行改進優(yōu)化，主要工作如下：1.以光波導式理論為基礎，在一定邊界條件下求得非對稱三層平板波導的征方程，再利用有效折射率法推導矩形波導導征方程，確定了波導傳感器件的單傳輸條件；闡述光波導傳感器的工作原理—消逝場原理及兩種傳感檢測型：均勻傳感與表面?zhèn)鞲校辉敿毥榻B傳感器的性能參數，包括靈敏度、檢測極限、分辨率、量程和線性度。列舉本論文完成過程中制備器件所主要使用的實驗藥品及儀器設備。2.針對基于MZI結構的波導生化傳感器輸出信號具有周期性，提出不借助電光、熱光等外部調制手段，僅通過精確控制傳感窗口長度來調節(jié)器件的靜態(tài)工作點，同時能在較大折射率測量范圍內實現較高線性度的理論設想；首先根據波導材料SU-8和P（MMA-GMA）的折射率，綜合考慮器件尺寸與插入損耗等因素，使用Matlab軟件編程計算和Rsoft光學仿真軟件擬后得到優(yōu)化后的傳感窗口長度為11515μm；其次優(yōu)化制備傳感窗口的ICP刻蝕工藝，深入研究各參數對波導形貌和表面親水性的影響，包括天線功率、偏置功率、氣體流量及配比、腔室壓強、刻蝕時間；刻蝕后的波導表面水接觸角測試發(fā)現接觸角從130°降低到35°；光學性能測試證明傳感芯片的插入損耗沒有因刻蝕而明顯增大；傳感測試結果表明優(yōu)化后的聚合物波導生化傳感芯片可檢測的液體折射率測量范圍是1.31~1.42，靈敏度為225.4dB/RIU，檢測極限約為10-6RIU；zui后制備傳感窗口長度為10000μm和15000μm的聚合物MZI波導傳感芯片與優(yōu)化器件進行對比實驗后發(fā)現，優(yōu)化后的傳感器靈敏度比二者分別提升141%和139%，并考察波導傳感芯片的長期工作穩(wěn)定性，發(fā)現在30天內器件性能未出現明顯衰減。3.進一步優(yōu)化了基于MZI結構的聚合物波導生化傳感器器件性能及制備工藝。通過編程計算和軟件擬，將Y型分束器與合束器在橫向上設計成不同長度來控制兩分支波導的相位差，使非對稱的MZI波導傳感器件始終處于靜態(tài)工作點；嘗試了聚合物波導生化傳感器在表面?zhèn)鞲行蜕系膽?，利用溶膠-凝膠法合成了基于硅烷偶聯劑KH590的親水性敏感層，利用Comsol仿真軟件擬后證明將折射率高于芯層，厚度為500nm的敏感層固定在波導表面后，傳輸光場在敏感層的占比分布增大至12%；將修飾后的傳感芯片用于檢測溶液中的銅離子濃度，傳感芯片對于銅離子的可分辨濃度為20μg/ml。4.探索了聚合物材料體系下的微環(huán)型波導結構在傳感檢測方面的應用；編程計算了微環(huán)半徑、波導間距等結構尺寸參數并分析器件的輸出功率與輸出光譜，根據其線性度確定了待測物折射率的檢測范圍，得到了以聚合物為波導材料的微環(huán)傳感器性能參數。

Fairchild仙童生化傳感器優(yōu)化與制備
從優(yōu)化理論設計和改進制備工藝等方面針對基于有機聚合物材料的平面光波導生化傳感器件進行了一系列的研究。發(fā)揮有機聚合物材料在波導器件功能集成、個數集成方面的優(yōu)勢，有望制備出高性能、小尺寸、低成本的生化傳感芯片并實現規(guī)化生產，從而服務于反恐預警、醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全等關鍵領域。