GR20160100552A - Φωτονικες ψηφιδες με μονοπλευρη οπτικη θυρα αυτοευθυγραμμισμενη με δικλωνικες οπτικες ινες για την ανιχνευση βιομοριακων αντιδρασεων χωρις επισημανση μεσω ολοκληρωμενων συμβολομετρων και συντονιστων - Google Patents
Φωτονικες ψηφιδες με μονοπλευρη οπτικη θυρα αυτοευθυγραμμισμενη με δικλωνικες οπτικες ινες για την ανιχνευση βιομοριακων αντιδρασεων χωρις επισημανση μεσω ολοκληρωμενων συμβολομετρων και συντονιστωνInfo
- Publication number
- GR20160100552A GR20160100552A GR20160100552A GR20160100552A GR20160100552A GR 20160100552 A GR20160100552 A GR 20160100552A GR 20160100552 A GR20160100552 A GR 20160100552A GR 20160100552 A GR20160100552 A GR 20160100552A GR 20160100552 A GR20160100552 A GR 20160100552A
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- output
- photonic
- input
- fiber
- waveguides
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 117
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 238000011898 label-free detection Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000009739 binding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000027455 binding Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- -1 respectively Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 8
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 5
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 4
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000024203 complement activation Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003068 molecular probe Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
- G02B6/2935—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means
- G02B6/29352—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means in a light guide
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
- G01N2021/7779—Measurement method of reaction-produced change in sensor interferometric
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
- G01N21/7746—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the waveguide coupled to a cavity resonator
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12164—Multiplexing; Demultiplexing
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Μία οπτική διάταξη περιγράφεται βασισμένη σε μια φωτονική ψηφίδα για την ανίχνευση μορίων αναλυτή μέσω ολοκληρωμένης οπτικής συμβολομετρίας ή/και συντονισμού. Η διάταξη ενσωματώνει πηγές φωτός, δικλωνικές ίνες, φωτονικές ψηφίδες με μονόπλευρες οπτικές θύρες και ολοκληρωμένα συμβολόμετρα/ή συντονιστές, μια μηχανική μονάδα οπτικού σύζευξης, και μονάδες του ανιχνευτή. Η φωτονική ψηφίδα άμεσα διασυνδέεται με τη δικλωνική ίνα έτσι ώστε το φως εισέρχεται στην ψηφίδα διαμέσου της διεπιφάνειας ίνας εισόδου/ κυματοδηγού εισόδου και φως εξέρχεται από την ψηφίδα από την ίδια πλευρά μέσω της διεπιφάνειας κυματοδηγού εξόδου/ίνας εξόδου. Δεν χρησιμοποιείται συμβολομετρία με βάση την αντανάκλαση. Οι φασματικές ολισθήσεις παρακολουθούνται στην μονάδα του ανιχνευτή και παρέχουν ένα μέτρο της μοριακής επίστρωσης.
Description
ΦΩΤΟΝΙΚΕΣ ΨΗΦΙΔΕΣ ΜΕ ΜΟΝΟΠΛΕΥΡΗ ΟΠΤΙΚΗ ΟΥΡΑ ΑΥΤΟΕΥΘΥΓΡΑΜΜΙΣΜΕΝΗ ΜΕ ΔΙΚΛΩΝΙΚΕΣ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΒΙΟΜΟΡΙΑΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΧΩΡΙΣ ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΗ ΜΕΣΩ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΣΥΜΒΟΛΟΜΕΤΡΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΤΟΝΙΣΤΩΝ.
ΣΥΝΟΨΗ
Μία οπτική διάταξη περιγράφεται βασισμένη σε μια φωτονική ψηφίδα για την ανίχνευση μορίων αναλυτή μέσω ολοκληρωμένης οπτικής συμβολομετρίας ή/και συντονισμού. Η διάταξη ενσωματώνει πηγές φωτός, δικλωνικές ίνες, φωτονικές ψηφίδες με μονόπλευρες οπτικές θύρες και ολοκληρωμένα συμβολόμετρα/ή συντονιστές, μια μηχανική μονάδα οπτικού σύζευξης, και μονάδες του ανιχνευτή. Η φωτονική ψηφίδα άμεσα διασυνδέεται με τη δικλωνική ίνα έτσι ώστε το φως εισέρχεται στην ψηφίδα διαμέσου της διεπιφάνεΐας ίνας εισόδου/ κυματοδηγού εισόδου και φως εξέρχεται από την ψηφίδα από την ίδια πλευρά μέσω της διεπιφάνειας κυματοδηγού εξόδου/ίνας εξόδου. Δεν χρησιμοποιείται συμβολομετρία με βάση την αντανάκλαση. Οι φασματικές ολισθήσεις παρακολουθούνται στην μονάδα του ανιχνευτή και παρέχουν ένα μέτρο της μοριακής επίστρωσης.
ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΤΗΣ ΕΦΕΥΡΕΣΗΣ
Πεδίο της εφεύρεσης
Το πεδίο της εφεύρεσης είναι αυτό των φωτονικών ψηφίδων και μεθόδων για την χωρίς επισήμανση ανίχνευση βιομορίων μέσω της παρακολούθησης των φασματικών και συντονιστικών ολισθήσεων σε συμβολόμετρα και συντονιστές ολοκληρωμένους επί της ψηφίδας.
Προηγούμενη εμπειρία
Διαγνωστικές συσκευές που παρακολουθούν αντιδράσεις σύνδεσης μεταξύ ενός μοριακού ανιχνευτή και ενός αναλύτη παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σε ένα ευρύ φάσμα τομέων που καλύπτουν ιατρικούς τομείς, τον έλεγχο των τροφίμων και ερευνητικές εφαρμογές. Ένα μόριο αναγνώρισης, συνήθως ένα βιομόριο, ακινητοποιείται επί ενός στερεού υποστρώματος και κατά την αλληλεπίδραση με το ομόλογό μόριο στο διάλυμα αναλύτη δημιουργεί επίστρωση που ανιχνεύεται με ηλεκτρομαγνητικές ή μηχανικές μεθόδους. Είναι επιθυμητό η ανίχνευση να είναι απαλλαγμένη από επισημάνσεις. Η δίχως επισήμανση ανίχνευση δεν χρειάζεται επιπλέον αντιδραστήρια (επισημάνσεις) και βήματα του πρωτόκολλου ανάλυσης με προφανή οφέλη στην ταχύτητα της ανάλυσης και του κόστους και είναι πολύτιμη σε μελέτες κινητικής αντιδράσεων. Η φωτονική ανίχνευση επιστρώσεων σε αναπτυσσόμενες βιομοριακές αντιδράσεις είναι προτιμότερη από άλλους τύπους βιοανίχνευσης (ποτενσιομετρικής, φασματοσκοπία εμπέδησης, μικροζυγών χαλαζία, επιφανειακών ακουστικών κυμάτων, κλπ) λόγω της γαλβανικής απομόνωσης του μετατροπέα από τις συνιστώσες διέγερσης και ανίχνευσης και λόγω της οπτικής περιοχής συχνοτήτων λειτουργίας. Η γαλβανική απομόνωση συμπιέζει τα ανεπιθύμητα ιοντικά ρεύματα και ολισθήσεις, ενώ οι οπτικές συχνότητες εξασφαλίζουν μία ευρεία δυναμική περιοχή και εξουδετερώνουν τις παρεμβολές από τις χαμηλότερες συχνότητες (ηλεκτροφόρες γραμμές ή συσκευές ραδιοεπικοινωνίας).
Στον τομέα της οπτικής ανίχνευσης, η ανίχνευση μέσω συμβολομετρίας επίπεδων κυματοδηγών ή συντονισμών είναι πολύ πιο ευαίσθητες σε σύγκριση με την μονοδιάστατη ανακλασιμετρία λευκού φωτός. [Petrou, P.S., et. al. Real-time label-free detection of complement activation products in human serum by white light reflectance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 24, 3359-3364 (2009)]. Στην ανακλασιμετρία λευκού φωτός τα φωτόνια διαπερνούν το βιομοριακό στρώμα δύο φορές σε σύγκριση με εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές στην περίπτωση των οπτικών ψηφίδων βασισμένους σε ολοκληρωμένους κυματοδηγούς. Η πρόσδεση στον κυματοδηγό ανίχνευσης αλλάζει τον ενεργό δείκτη του κυματοδηγού και αυτό προκαλεί φασματικές και συντονιστικές ολισθήσεις στο κυματοδηγούμενο φως. Η παρακολούθηση των ολισθήσεων επιτρέπει την δίχως επισήμανση ανίχνευση του μορίου του αναλύτη. Φασματικά αναλυμένες ολοκληρωμένες οπτικές συσκευές περιλαμβάνουν ευρείας ζώνης συμβολόμετρα Mach-Zehnder [Misiakos, Κ., et al. “Broad-band Mach-Zehnder interferometers as high performance refractive index sensors: Theory and monolithic implementation’’ Opt. Express 22, 8856-8870 (2014)] και συντονιστές, όπως συντονιστές δαχτυλιού, κυματοδηγούς ραβδώσεων Bragg και μικροκοιλότητες φωτονικών κρυστάλλων. Τα ευρείας περιοχής συμβολόμετρα Mach-Zehnder δεν είναι επιρρεπή σε περιορισμούς χαρακτηριστικούς των μονοχρωματικών ομολογών τους [Heideman, R.G. & Lambeck, Ρ. V. “Remote opto-chemical sensing with extreme sensitivity: design, fabrication and performance of a pigtailed integrated optical phase-modulated Mach-Zehnder interferometer system’’ Sens. Actuator B 61, 100-127 (1999)] και παρέχουν πολύ ευρύτερες φασματικές μετατοπίσεις σε σχέση με τους συντονιστές λόγω της διαφορικής φύσης τους. Από την άλλη πλευρά, οι συντονιστές δακτυλίου [ White Ι.Μ. & X. Fan, X. “On the performance quantification of resonant refractive index sensors" Opt. Express 16, 1020-1028 (2008)], οι συντονιστές ραβδώσεων Bragg [ Wang, X. “A silicon photonic biosensor using phase-shifted Bragg gratings in slot waveguide” Journal of Biophotonics, 6, 10, 821-828, (2013], ή συντονισμού μικροκοιλοτήτων [ Passaro , Vittorio Μ. N.; Troia, Benedetto; La Notte, Mario; et al. “Photonic resonant microcavities for chemical and biochemical sensing" Rsc Advances 3,1, 25-44 (2013)] παρουσιάζουν πολύ πιο απότομες αποκρίσεις στα μήκη κύματος συντονισμών, ως αποτέλεσμα του υψηλού συντελεστή ποιότητας. Τελικώς τόσο οι σύμβολο μετρικές όσο και οι συντονιστικές διαμορφώσεις έχουν παρόμοια όρια ανίχνευσης ενώ η κύρια διαφορά είναι η αρχή ανίχνευσης της φασματικής μετατόπισης: Σε ένα ευρείας περιοχής Mach-Zehnder συμβολόμετρο λευκό φως χρησιμοποιείται ως είσοδος, ενώ οι φασματικές μετατοπίσεις ανιχνεύονται από ένα φασματόμετρο. Στην περίπτωση των συντονιστών οι φασματικές μετατοπίσεις δεν είναι αρκετά μεγάλες για να ανιχνευθούν με τυπικά φασματόμετρα. Εδώ η είσοδος παρέχεται από μία συντονιζόμενη μονοχρωματική πηγή φωτός ενώ ένας φωτοανιχνευτής παρακολουθεί την οπτική ισχύ εξόδου. Η τάση πολώσεως για την συντονιζόμενη πηγή σαρώνεται προκαλώντας μία σάρωση των μηκών κύματος έως ότου επιτευχθεί συντονισμός πού ανιχνεύεται ως μια ξαφνική αλλαγή στο σήμα του φωτοανιχνευτή. Το μήκος κύματος συντονισμού συνάγεται από την τάση πόλωσης του λέιζερ κατά τη στιγμή της ξαφνικής απόκρισης του φωτοανιχνευτή. Με κάθε διαμόρφωση είναι δυνατόν να επιτευχθούν ευαισθησίες της τάξεως του πικογραμμομορίου. [A. Psarouli, et.al. "Monolithically integrated broad-band Mach-Zehnder interferometers for highly sensitive labelfree detection of biomolecules through dual polarization optics” Scientific Reports 5, 17600]. Ως εκ τούτου, εάν διατάξεις που βασίζονται σε επίπεδους κυματοδηγούς μπορούν να διασυνδεθούν με τις πηγές φωτός εισόδου και τις μονάδες των ανιχνευτών εξόδου με πρακτικές και απλές μεθόδους, στη συνέχεια, γίνεται πραγματικότητα η υψηλή ευαισθησίας ανίχνευσης με μία προσιτή, ευέλικτη, ακόμη και φορητή πλατφόρμα. Μέχρι στιγμής, τέτοιες οπτικές συσκευές επραγματοποιούντο έτσι ώστε οι πύλες εισόδου και εξόδου φωτός ήταν σε διαφορετικές, κυρίως απέναντι, πλευρές της φωτονικής ψηφίδας.
Προτεινόμενη καινοτομία
Η παρούσα εφεύρεση προτείνει ένα τρόπο για τη σύζευξη φωτός εντός και εκτός από ένα ολοκληρωμένο συμβολόμετρο ή συντονιστή μέσω της χρήσης των φωτονικών ψηφίδων με μονόπλευρες οπτικές θύρες και την χρησιμοποίηση δικλωνικών ινών. Η δίκλωνη ίνα στο κοινό τέλος αντιστοιχεί με τους ζεύγος κυματοδηγών εισόδου και εξόδου στην μονόπλευρη οπτική θύρα της επίπεδης φωτονικής ψηφίδας. Αυτό είναι εφικτό με τη χρήση μίας αναστροφής στον κεντρικό κυματοδηγό. Ταυτόχρονα, ο ένας κλάδος της δικλωνικής ίνας είναι συνδεδεμένος με το ελεύθερο άκρο του με μία πηγή φωτός και ο άλλος κλάδος με το ελεύθερο άκρο του σε μια μονάδα ανιχνευτή. Με αυτό τον τρόπο φασματικές και συντονιστικές ολισθήσεις θα καταγραφούν σε πραγματικό χρόνο, ενώ η φωτονική ψηφίδα μέσω του άκρου που αντιτίθεται στην οπτική θύρα βυθίζεται στο διάλυμα αναλύτη. Η προτεινόμενη μέθοδος ως συμβολόμετρο ή συντονιστής βασισμένος σε επίπεδο κυματοδηγό αναμένεται να εμφανίσει πολύ υψηλότερη ευαισθησία σε σύγκριση με την μονοδιάστατη ανακλασιμετρία λευκού φωτός που χρησιμοποιείται στην ευρεσιτεχνία της ForteBio [ Tan et al. “Fiber-optic assay apparatus based on phase-shift interferometry" US Patent no. US 7,319,525 B2 Jan. 15, 2008]. Επιπλέον, περισσότερα από ένα συμβολόμετρο ή συντονιστές μπορούν να ενσωματωθούν, σε αντίθεση με μόνο ένα στο Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας της ForteBio.
ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΧΗΜΑΤΩΝ
Σχ. 1. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα (11) που φέρει ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder και είναι συζευγμένη μέσω μίας δικλωνικής ίνας σε μία πηγή λευκού φωτός (4) και ένα φασματόμετρο (5). Η δικλωνική ίνα αποτελείται από την ίνα εισόδου (1), την ίνα εξόδου (2) και το κοινό άκρο (3)
Σχ.2. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα (12) που φέρει έναν συντονιστή δακτυλίου και που είναι συζευγμένη μέσω μίας δικλωνικής ίνας σε μία συντονιζόμενη μονοχρωματική πηγή φωτός (7) και έναν φωτοανιχνευτή (8). Η δικλωνική ίνα αποτελείται από την ίνα εισόδου (1), την ίνα εξόδου (2) και του κοινού άκρου (3).
Σχ.3. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα που φέρει ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder (230). Ο κύριος κυματοδηγός (24) με την αναστροφή εικονίζεται να συνδέεται με κωνικούς συνδέσμους με τους κυματοδηγούς εισόδου (21) και εξόδου (22). Επίσης, απεικονίζονται ο βραχίονας αίσθησης (231), με το παράθυρο αίσθησης, και ο βραχίονας αναφοράς (232) .
Σχ.4. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα που φέρει ένα συντονιστή δακτυλίου (240). Ο κύριος κυματοδηγός (24) με την αναστροφή παρουσιάζεται συνδεδεμένος με κωνικούς συνδέσμους με τους κυματοδηγούς εισόδου (21) και εξόδου (22).
Σχ.5. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα (31) που φέρει δυο συμβολόμετρα Mach-Zehnder με παράλληλους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου που συνδέεται μέσω μίας δικλωνικής ίνας με μία πηγή λευκού φωτός (4) και ένα φασματόμετρο (5). Η δικλωνική ίνα αποτελείται από την ίνα εισόδου (1), την ίνα εξόδου (2), και το κοινό άκρο (3).
Σχ. 6. Μια φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα (32) που φέρει δύο συντονιστές δακτυλίου στον ίδιο κύριο κυματοδηγό πού συνδέεται μέσω μίας δικλωνικής ίνας με μία συντονιζόμενη μονοχρωματική πηγή φωτός (7) και ένα φωτοανιχνευτή (8). Η δικλωνική ίνα αποτελείται από την ίνα εισόδου (1), την ίνα εξόδου (2) και το κοινό άκρο (3).
Σχ. 7. Η μηχανική μονάδα οπτικού συνδέσμου για την ευθυγράμμιση των ινών-ψηφίδας, κάτοψη (a) και πλευρική όψη (β). Η κάτοψη της μονάδας (42) στο (α) παρουσιάζεται ευθυγραμμισμένη με την κοινή άκρη της δικλωνικής ίνας (41) και τη φωτονική ψηφίδα (43) που φέρει το συμβολόμετρο ή συντονιστή. Στην πλάγια όψη (b), η διατομή του κοινού τέλους της δικλωνικής ίνας (44) έχει την ίδια εξωτερική διάμετρο με το αντίστοιχο άνοιγμα στην πλευρική όψη της μονάδας (45). Η άλλη πλευρική όψη της μονάδας απέναντι στη φωτονική ψηφίδα (46) έχει ένα ορθογώνιο άνοιγμα που ταιριάζει ακριβώς την μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας που φαίνεται στην πλάγια όψη (47).
Σχ.8. Η μηχανική μονάδα οπτικού συνδέσμου για τη διασύνδεση δύο φωτονικών ψηφίδων. Η μία πλευρά της μονάδας (55) ταιριάζει με το κοινό άκρο δικλωνικών ινών (54), που φαίνεται σε εγκάρσια τομή, ενώ η άλλη πλευρά της μονάδας (56) ταιριάζει με τις δύο φωτονικές ψηφίδες. Δύο συμμετρικές φωτονικές ψηφίδες (57), (58) τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο ταιριάζοντας στις αντίστοιχες ορθογώνιες και συμμετρικά τοποθετημένες σχισμές επί της πλευράς της μονάδας (56) που αντικρίζει τη φωτονική ψηφίδα. Η απόσταση μεταξύ των ψηφίδων είναι πολύ μικρότερη από τη διάμετρο των διχαλωτών ινών εισόδου και εξόδου. Οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου για τις δύο φωτονικές ψηφίδες είναι συμμετρικά τοποθετημένες έτσι ώστε να ταιριάζουν μεταξύ τους όταν τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο και είναι αποτελεσματικά συνδεδεμένοι με τις ίνες εισόδου και εξόδου της δικλωνικής ίνας, αντίστοιχα.
Σχ.9. Το φάσμα εξόδου ενός ευρείας περιοχής συμβολόμετρου Mach-Zehnder. Ο βραχίονας αίσθησης έχει πάχος 150 nm και ο βραχίονας αναφοράς πάχος 167 nm. Το παράθυρο αίσθησης είναι 600 μικρά. Εδώ ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από νιτρίδιο του πυριτίου, ενώ τα στρώματα άνω και κάτω- επένδυσης είναι από διοξείδιο του πυριτίου.
Σχ.10. Τα φάσματα εξόδου ενός συμβολόμετρου Mach-Zehnder ευρείας περιοχής. Ο αισθητήριος βραχίονας έχει πάχος 125 nm και ο βραχίονας αναφοράς πάχος 155 nm. Το παράθυρο αίσθησης είναι 600 microns. Εδώ ο πυρήνας είναι από νιτρίδιο του πυριτίου, ενώ τα άνω και κάτω στρώματα επένδυσης είναι από διοξείδιο του πυριτίου.
Σχ.11. Μετασχηματισμός Fourier στο πεδίο του κυματάριθμου της ταλαντευόμενης εξόδου των συμβολομέτρων στο σχήμα 9 και σχήμα 10. Δύο διακριτές κορυφές εμφανίζονται που αντιστοιχούν στις δύο συχνότητες ταλάντωσης. Οι δύο κορυφές έχουν κανονικοποιηθεί στην μονάδα.
ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΦΕΥΡΕΣΗΣ
Ορισμός των όρων
Δικλωνική ίνα: Ένα ζεύγος οπτικών ινών που σχηματίζουν μια διασταύρωση Υ. Στο ένα τέλος οι δύο ίνες είναι πλευρά- με-πλευρά (κοινό τέλος), ενώ οι δύο ίνες διαχωρίζονται προς το άλλο ελεύθερο άκρο.
Φωτονική Ψηφίδα: Μία επίπεδη στοίβα διηλεκτρικών υμενίων σε κατάλληλα υποστρώματα που αποτελούνται από διηλεκτρικά στρώματα κάτω-επένδυσης και επάνω-επένδυσης καθώς και από το στρώμα του πυρήνα κυματοδήγησης διαμορφωμένο έτσι ώστε οι επίπεδοι κυματοδηγοί να σχηματίζουν ένα φωτονικό ολοκληρωμένο κύκλωμα που αποτελείται από τους κυματοδηγούς εισόδου, τους κυματοδηγούς εξόδου και τα συμβολόμετρα Mach-Zehnder ή συντονιστές στο ενδιάμεσο. Τα στρώματα κάτω και επάνω- επένδυσης είναι αρκετά παχιά για να απομονωθεί το στρώμα πυρήνα από το υπόστρωμα και οποιοδήποτε υλικό σε επαφή με την επάνω επένδυση. Ο πυρήνας του κυματοδηγού είναι κατασκευασμένος από ένα υλικό υψηλότερου δείκτη διάθλασης από τα κάτω και επάνω- διηλεκτρικά στρώματα επένδυσης. Ο πυρήνας αλληλεπιδρά με το περιβάλλον μόνο σε επιλεγμένες περιοχές, παράθυρα ανίχνευσης, όπου έχει αφαιρεθεί η επάνωεπένδυση. Μια τυπική επιλογή θα ήταν διοξείδιο του πυριτίου ως άνω και κάτω στρώμα επένδυσης και το νιτρίδιο του πυριτίου ή οξυνιτριδίο του πυριτίου ως πυρήνας. Μια εναλλακτική επιλογή για το υλικό του πυρήνα είναι το πυρίτιο στην περίπτωση που επιλεχθούν μήκη κύματος άνω των 1200 nm. Το υπόστρωμα είναι κατά προτίμηση αδιαφανές και μπορεί να είναι μονωτικό ή ημιαγώγιμο, όπως το πυρίτιο, ή και τα μέταλλο.
Κυματοδηγοί εισόδου: Το τμήμα του φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος που λαμβάνει φως από μια εξωτερική ίνα παρακείμενη στην άκρη-πλευρά της φωτονικής ψηφίδας.
Κυματοδηγοί εξόδου: Το τμήμα του φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος που εκπέμπει φως σε εξωτερική ίνα παρακείμενη στην άκρη-πλευρά της φωτονικής ψηφίδας.
Κύριος κυματοδηγός: Το τμήμα του φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος μεταξύ των κυματοδηγών εισόδου και εξόδου. Το μέρος αυτό περιλαμβάνει το συμβολόμετρο ή / και το συντονιστή.
Φωτονική ψηφίδα με μονόπλευρη οπτική θύρα: Φωτονικές ψηφίδες, όπου η σύζευξη του φωτός εντός και εκτός ψηφίδας λαμβάνει χώρα στην ίδια άκρη-πλευρά της φωτονικής ψηφίδες, όπου αρχίζουν οι κυματοδηγοί εισόδου και τελειώνουν οι κυματοδηγοί εξόδου.
Συμβολόμετρο Mach-Zehnder: Μια δομή κυματοδηγών όπου μέσω διακλάδωσης Υ ο κυματοδηγός εισόδου χωρίζεται σε δύο κλάδους, οι δύο κλάδοι αναπτύσσονται παράλληλα πριν ανασυνδεθούν στον κυματοδηγό εξόδου μέσω μίας αντίστροφης διακλάδωσης Υ. Ο ένας κλάδος, που ονομάζεται βραχίονας αίσθησης, επικαλύπτεται στο παράθυρο ανίχνευσης με το μόριο αναγνώρισης ή μόριο ανιχνευτή, ενώ ο άλλος, που ονομάζεται βραχίονας αναφοράς, δεν επικαλύπτεται. Οι βραχίονες αίσθησης και αναφοράς έχουν ενεργούς δείκτες διάθλασης Nsκαι Νr, αντιστοίχως. Συνήθως ο βραχίονας αναφοράς θάβεται κάτω από το στρώμα της επάνω επένδυσης. Το φως στους δύο κλάδους αντιμετωπίζει διαφορετικά μέσα με αποτέλεσμα μια διαφορά φάσης να εμφανίζεται στη δεύτερη διασταύρωση Υ. Για ένα ευρείας ζώνης φως, το φάσμα εξόδου μεταβάλλεται αναλογικά με το 1+συν[2π(ΝΓ-Νs)L/λ0], όπου L είναι το μήκος παραθύρου ανίχνευσης στον βραχίονα ανίχνευσης και λ0το μήκος κύματος στο κενό. Οι ενεργοί δείκτες διάθλασης Νrκαι Nsείναι συναρτήσεις του λ0. Οι δύο βραχίονες μπορούν να κατασκευαστούν ρυθμίζοντας το πάχος τους, έτσι ώστε η μεταβλητή του ως άνω συνημίτονου να είναι σχεδόν γραμμική συνάρτηση του λ0. Υπό αυτές τις συνθήκες, το φάσμα της εξόδου γίνεται μια σχεδόν ημιτονοειδής συνάρτηση του λ0, έτσι ώστε οι φασματικές μετατοπίσεις να αναλύονται καλύτερα με τεχνικές μετασχηματισμού Fourier. Τέτοιες φασματικές μετατοπίσεις προκαλούνται ως αποτέλεσμα των αλλαγών του Nsόταν μία μοριακή επίστρωση οικοδομείται στο παράθυρο αίσθησης.
Συντονιστής: Μια δομή κυματοδηγών η οποία εμφανίζει απότομες θετικές ή αρνητικές κορυφές στα φάσματα ανάκλασης ή μετάδοσης. Οι αιχμηρές κορυφές συντονισμού συμβαίνουν όταν το μήκος κύματος κενού των κυματοδηγούμενων φωτονίων είναι ένα ακέραιο υποπολλαπλάσιο ενός κρίσιμου μήκους επί τον ισοδύναμο δείκτη του κυματοδηγού. Μια αλλαγή στο ισοδύναμο μέσο που οφείλεται σε μοριακή πρόσδεση αλλάζει τον ισοδύναμο δείκτη και, ως εκ τούτου, το μήκος κύματος συντονισμού. Η φασματική ολίσθηση είναι ένα μέτρο της ανοικοδόμησης της μοριακής επίστρωσης. Τέτοιοι συντονιστές περιλαμβάνουν τους οπτικούς συντονιστές δαχτυλιού, κυματοδηγούς με ραβδώσεις Bragg, και κυματοδηγούς φωτονικών κρυστάλλων. Ένας οπτικός συντονιστής δακτυλίου είναι μία δομή επίπεδων κυματοδηγών όπου ένας κυματοδηγός δακτυλίου στην περιοχή του κυρίου κυματοδηγού συντονίζεται όταν το μήκος κύματος είναι ακέραιο υποπολλαπλάσιο της περιφέρειας του δακτυλίου επί τον ισοδύναμο δείκτη του δακτυλίου. Στον συντονισμό, παρατηρείται μια ξαφνική πτώση της οπτικής ισχύος στον κύριο κυματοδηγό. Στην περίπτωση των κυματοδηγών ραβδώσεων Bragg το κρίσιμο μήκος είναι το διπλάσιο από τη περίοδο ραβδώσεων. Παρόμοιες συνθήκες ισχύουν και για μικροκοιλότητες φωτονικών κρυστάλλων με μια πιο σύνθετη εξάρτηση των μηκών κύματος συντονισμού απο τη γεωμετρία του φωτονικού κρυστάλλου.
Ίνα εισόδου: Η μία ίνα του δίκλωνου ζεύγους που είναι συνδεδεμένη μέσω του ελεύθερου άκρου της με μία πηγή φωτός ενώ το κοινό άκρο της συνδέεται με τους κυματοδηγούς εισόδου της φωτονικής ψηφίδας.
Ίνα εξόδου: Η μία ίνα του δικλωνικού ζεύγους που είναι συνδεδεμένη μέσω του ελεύθερο άκρο της σε έναν ανιχνευτή (φασματόμετρο ή φωτοανιχνευτή), ενώ το κοινό άκρο της συνδέεται με τους κυματοδηγούς εξόδου των φωτονικών ψηφίδων.
Πηγή φωτός: Πηγή λευκού φωτός στην περίπτωση του συμβολομέτρου Mach-Zehnder. Ένα συντονιζόμενο λέιζερ, κατά προτίμηση μία δίοδο λέιζερ, στην περίπτωση συντονιστή. Σε κάθε περίπτωση η συσκευή της πηγής του φωτός παρέχει φως μέσα στην ίνα εισόδου της δικλωνικής ίνας. Αυτό το φως είναι ευρείας περιοχής στην περίπτωση του συμβολομέτρου Mach-Zehnder και ρυθμιζόμενο μονοχρωματικό στην περίπτωση του συντονιστή.
Φασματόμετρο: Μια οπτοηλεκτρονική διάταξη κατασκευασμένη από ένα οπτικό πλέγμα ραβδώσεων και μία συστοιχία απεικόνισης, συνήθως μία συστοιχία CCD, η οποία καταγράφει το φάσμα του φωτός που εισέρχεται στο φασματόμετρο. Το φως προσπίπτει υπό γωνία επί του πλέγματος ραβδώσεων και ανακλάται προς τη συστοιχία απεικόνισης που δημιουργεί ψηφιακές εγγραφές του φάσματος καθώς η γωνία ανάκλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος.
Μονάδα Ανιχνευτή·. Ένα φασματό μέτρο στην περίπτωση του Mach-Zehnder ή ένας φωτοανιχνευτής στην περίπτωση του συντονιστή. Ο φωτοανιχνευτής είναι είτε μία διάταξη ημιαγωγών p-n βασισμένη σε ιονισμό ή ένα στοιχείο ανιχνεύσεως θερμότητας, όπως μία θερμοστήλη.
Μηχανική μονάδα οπτικής ζεύξης: Ένα δίθυρο μηχανικό εξάρτημα πού τοποθετείται μεταξύ του κοινού τέλους της δίκλωνης ίνας και της μονόπλευρης οπτικής θύρας της φωτονικής ψηφίδας για να πραγματοποιήσει την οπτική ευθυγράμμιση μεταξύ των δικλωνικών ίνών εισόδου και εξόδου με τούς κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας. Η μία θύρα ταιριάζει με τις εξωτερικές διαστάσεις του κοινού τέλους της δικλωνικής ίνας και η άλλη θύρα, με τη μορφή μιας ορθογώνιας σχισμής ταιριάζει με τη διατομή της φωτονικής ψηφίδας. Είναι ερμητικά κλειστό και επιτυγχάνει την οπτική σύζευξη μεταξύ των δικλωνικών ινών εισόδου-εξόδου με τους ολοκληρωμένους κυματοδηγούς εισόδου-εξόδου, αντίστοιχα.
Παράθυρο ανίχνευσης: Μέρος του βραχίονα αίσθησης στην περίπτωση του Mach-Zehnder, κυματοδηγός δακτυλίου στην περίπτωση του συντονιστή δακτυλίου, ραβδώσεις Bragg στην περίπτωση συντονιστή ραβδώσεων Bragg, και η μικροκοιλότητα στην περίπτωση του φωτονικού κρυστάλλου. Το παράθυρο ανίχνευσης είναι ενεργοποιημένο έχοντας ακινητοποιήσει ανιχνευτικά μόρια επάνω σε αυτό.
Μόρια ανίχνευσης: Τα μόρια που είναι επικαλυμμένα στα παράθυρα ανίχνευσης. Μπορούν να είναι πρωτεΐνες, ορμόνες, θραύσματα DNA, ή άλλοι τύποι μορίων που αντιδρούν ειδικά με ένα ομόλογό ενδιαφέροντος στο δείγμα που πρόκειται να αναλυθεί.
Επικαλυμμένη ψηφίδα: Μία φωτονική ψηφίδα με ένα ή περισσότερα παράθυρα ανίχνευσης όπου ένα ή περισσότερα μόρια αναγνώρισης έχουν ακινητοποιηθεί.
Μόριο αναλύτη: Ένα μόριο αναλυτικού ενδιαφέροντος που θα αντιδρά ειδικά με το μόριο ανίχνευσης ακινητοποιημένο στο παράθυρο αίσθησης.
Περίγραμμα έννοιας
Τα σχήματα 1 και 2 δείχνουν τις δύο βασικές διαμορφώσεις των φωτονικών ψηφίδων με μονόπλευρες οπτικές θύρες και οπτικά συζευγμένες με μία δικλωνική ίνα: Ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder (Σχ.1), και ένα συντονιστής δακτυλίου (Σχ. 2). Στο σχήμα 2 ο συντονιστής δαχτυλιού είναι παράδειγμα στην περίπτωση των συντονιστών. Τα δύο σχήματα απεικονίζουν την πηγή φωτός να συζεύγει το φως στην ίνα εισόδου (1) του δικλωνικού ζεύγους, η ίνα εξόδου (2) να οδηγείται στη μονάδα ανιχνευτή, ενώ οι φωτονικές ψηφίδες (11,12) με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου τους είναι οπτικά ευθέως συζευγμένες προς το κοινό άκρο της διχαλωτής ίνας. Η φωτονική ψηφίδα στο Σχ.1 ενσωματώνει το συμβολόμετρο Mach-Zehnder (11) και στο Σχ.2 το συντονιστή δακτυλίου (12) μαζί τούς κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου. Μέσω της ίνας εξόδου (2), το συμβολόμετρο (11) συνδέεται με ένα φασματόμετρο (5) στο Σχήμα 1, ενώ ο συντονιστής είναι συζευγμένος με ένα φωτοανιχνευτή (8) στο Σχ.2. Η φωτεινή πηγή θα είναι λευκή (4) στην περίπτωση ενός συμβολόμετρου Mach-Zehnder στο Σχήμα 1 ή μία συντονιζόμενη μονοχρωματική πηγή λέιζερ (7) στην περίπτωση ενός συντονιστή δακτυλίου στο Σχ.2. Στην περίπτωση συμβολομέτρου του Σχ.1, το λευκό φως (4) συζεύγνυται με την ίνα εισόδου (1) και στη συνέχεια με τον επί της ψηφίδας κυματοδηγό εισόδου και διαμορφώνεται μέσω του συμβολομέτρου Mach-Zehnder και στη συνέχεια τροφοδοτείται στο φασματόμετρο (5) μέσω του κυματοδηγού εξόδου και της ίνας εξόδου (2). Φασματικές μετατοπίσεις του διαμορφωμένου φωτός αποκαλύπτουν την αύξηση μίας μοριακής επίστρωσης στο παράθυρο ανίχνευσης της επικαλυμμένης ψηφίδας. Στην περίπτωση του συντονιστή του Σχ.2, συντονιζόμενο μονοχρωματικό φως (7) που είναι συζευγμένο με την ίνα εισόδου (1) και στη συνέχεια με τον επί της ψηφίδας κυματοδηγό εισόδου αλληλοεπιδρά με το συντονιστή δακτυλίου και στη συνέχεια τροφοδοτείται στο φωτοανιχνευτή (8) μέσω του κυματοδηγού εξόδου και της ίνας εξόδου (2). Η πόλωση για την συντονιζόμενη πηγή σαρώνεται μέχρι μια ξαφνική πτώση να ανιχνεύεται στο φωτοανιχνευτή. Η τάση πόλωσης που αντιστοιχεί στην ξαφνική πτώση είναι ενδεικτικό της αύξησης μίας μοριακής επίστρωσης για το παράθυρο ανίχνευσης της επισημασμένης ψηφίδας.
Τα διαγράμματα στο Σχήμα 3 και Σχήμα 4 απεικονίζουν την εσωτερική δομή των φωτονικών ψηφίδων και των κυματοδηγών. Ο κυματοδηγός εισόδου (21) είναι ευθυγραμμισμένος με την ίνα εισόδου, ο κυματοδηγός εξόδου (22) με την ίνα εξόδου, ενώ ο κύριος κυματοδηγός (24) περιέχει το συμβολόμετρο (230) ή τον συντονιστή (240). Το παράθυρο αίσθησης (231) του συμβολομέτρου στο Σχήμα 3 επικαλύπτεται με τα μόρια του μορίου ανίχνευσης, σε αντίθεση με το βραχίονα αναφοράς (232) που δεν επισημάνθηκε με το να θαφτεί κάτω από ένα παχύ στρώμα επάνω-επένδυσης. Ομοίως, στην περίπτωση του συντονιστή του Σχ.4 ο κυματοδηγός δακτυλίου (240) είναι επικαλυμμένος. Οι κυματοδηγοί εισόδου (21) και εξόδου (22) έχουν κατάλληλο πάχος και πλάτος για να αυξηθεί η αποτελεσ ματικότητα σύζευξης με τις δίκλωνες ίνες είσοδου και έξοδου και για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες διάδοσης εξαιτίας της τραχύτητας της πλευρικής γραμμής του κυματοδηγού. Τα συμβολόμετρα ή οι συντονιστές συνδέονται μεσω κωνικών συνδέσμων στο οριζόντιο επίπεδο ή στην κατακόρυφη κατεύθυνση με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου. Στην αναστροφή ο κυματοδηγός έχει κατάλληλη καμπυλότητα για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες κάμψης.
Στο Σχήμα 5 εμφανίζεται μία φωτονική ψηφίδα (31) με δύο συμβολόμετρα Mach-Zehnder. Η ίνα εισόδου είναι πολύ ευρύτερη από το συνολικό πλάτος του ζεύγους κυματοδηγών εισόδου και οι δύο κυματοδηγοί διεγείρονται οπτικά εξίσου. Η ίνα εξόδου συλλέγει το φως και των δύο κυματοδηγών εξόδου. Η αποπολυπλεξία επιτυγχάνεται με τον συντονισμό των συχνοτήτων ταλάντωσης του φάσματος εξόδου σε καλά διαχωρισμένες τιμές για κάθε ένα από τα δύο συμβολόμετρα. Τα δύο συμβολόμετρα κατασκευάζονται με λέπτυνση του βραχίονα αναφοράς ή και ανίχνευσης του κατά τρόπο ώστε να παραχθούν ημιτονοειδείς διαμορφώσεις του φάσματος της εξόδου σε διαφορετικές συχνότητες [Misiakos, Κ., et al. ‘‘Broad-band Mach-Zehnder interferometers as high performance refractive index sensors: Theory and monolithic implementation” Opt. Express 22, 8856-8870 (2014)]. Αν εφαρμοστεί μετασχηματισμός Fourier στο σύνθετο φάσμα που συλλέγεται στην ίνα εξόδου και ανιχνεύεται από το φασματόμετρο, τότε οι δύο διακριτές στενές ζώνες λαμβάνονται σε διαφορετικές συχνότητες κυματάριθμου, όπως θα φανεί στο Σχ.11. Οι επιμέρους φασματικές μετατοπίσεις λόγω βιομοριακών δεσμεύσεων λαμβάνονται με την παρακολούθηση της φάσης του μιγαδικού μετασχηματισμού Fourier στις κορυφές. Μια τέτοια δυνατότητα πολυπλεξίας παρέχει την ευκαιρία να ενσωματωθούν εκτός από το συμβολόμετρο αντίδρασης ένα ουδέτερο συμβολόμετρο για διορθώσεις της γραμμής βάσης. Η δυνατότητα να παρακολουθούμε δύο σύμβολό μέτρα στον ίδιο χρόνο είναι ένα σαφές πλεονέκτημα έναντι των διατάξεων βασισμένων στην ανάκλαση. Προφανώς, περισσότερο από δύο συμβολόμετρα μπορούν να πολυπλεχθούν επιλέγοντας για κάθε ένα φάσμα εξόδου συχνότητα ταλάντωσης μακριά από την πλησιέστερη γειτονική.
Εάν επιλεγεί η λύση του συντονιστή, όπως στο Σχήμα 6, τότε δύο ή περισσότεροι συντονιστές μπορούν να ενσωματωθούν στην φωτονική ψηφίδα (32). Το παράδειγμα στο Σχήμα 6 καταδεικνύει την ικανότητα να έχουμε δύο διαφορετικής διαμέτρου δακτυλίους συνδεδεμένους με τον ίδιο κύριο κυματοδηγό με αποτέλεσμα δύο διαφορετικές ακολουθίες μηκών κύματος συντονισμού. Η αποσυνέλιξη των σημάτων στις εξόδους επιτυγχάνεται με τα διαφορετικά μήκη κύματος συντονισμού και την ικανότητα της συντονιζόμενης πηγής μονοχρωματικού φωτός να διέλθει από αυτά τα μήκη κύματος με μία σάρωση πόλωσης.
Η μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης για την ευθυγράμμιση μεταξύ της δικλωνικής ίνας και φωτονικής ψηφίδας φαίνεται στο Σχήμα 7 (a, b). Ο σκοπός της μονάδας (42) είναι η ευθυγράμμιση των κυματοδηγών εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας (43) με τις ίνες εισόδου και εξόδου στο κοινό άκρο των δικλωνικών ινών (41), όπως φαίνεται στην κάτοψη στο Σχ. 7α. Η φωτονική ψηφίδα θα φέρει είτε συμβολόμετρα Mach-Zehnder ή συντονιστές. Από πλάγια όψη, Σχήμα 7b, μονάδα έχει δύο πλευρές με ανοίγματα, το ένα (45) αντικριστά προς το κοινό άκρο δίκλωνων ινών (44) και ενός άλλου (46) αντικριστά στην φωτονική ψηφίδα (47). Η πλευρά της μονάδας (45) που αντικρίζει τη δίκλωνη ίνα έχει ένα άνοιγμα με την ίδια διάμετρο με το κοινό άκρο της ίνας (44). Η άλλη πλευρά της μονάδας (46) που αντικρίζει τη φωτονική ψηφίδα έχει μία ορθογώνια σχισμή που ταιριάζει ακριβώς με την μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας (47). Από την κάτοψη, το κοινό τέλος της δικλωνικής ίνας (41) και η φωτονική ψηφίδα (43) εισάγονται από τις δύο αντίθετες πλευρές της μονάδας (42) και ταξιδεύουν εσωτερικά μέχρι τα σημεία στάσης. Η οπτική ευθυγράμμιση της δικλωνικής ίνας εισόδου και εξόδου με τον κυματοδηγό εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας επιτυγχάνεται μέσω οδηγών ή σημείων στην δικλωνική ίνα και τη μηχανική μονάδα. Η άνω πλευρά των ορθογωνικών σχισμών είναι σε επαφή με το στρώμα άνωεπένδυσης της φωτονικής ψηφίδας ενώ η κάτω πλευρά βρίσκεται σε επαφή με βάση του υποστρώματος της φωτονικής ψηφίδας.
Μία άλλη διαμόρφωση της μηχανικής μονάδας οπτικής σύζευξης δείχνεται στο Σχήμα 8. Δύο συμμετρικές φωτονικές ψηφίδες (58), (57) τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο ενάντια στο κοινό άκρο δικλωνικής ίνας και σε απόσταση πολύ μικρότερη από τη διάμετρο των ινών με προσαρμογή μέσα στις αντίστοιχες ορθογώνιες και συμμετρικά τοποθετημένες σχισμές της πλευράς της μονάδας (56 ) που αντικρίζει τη φωτονική ψηφίδα. Οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου για στις δύο φωτονικές ψηφίδες τοποθετούνται συμμετρικά, έτσι ώστε να αντιστοιχούν μεταξύ τους όταν βρίσκονται πρόσωπο με πρόσωπο. Από την άλλη πλευρά της μονάδας (55) που βλέπει προς τη δικλωνική ίνα, το άνοιγμα ταιριάζει ακριβώς με την εξωτερική διάμετρο του κοινού τέλους της δικλωνικής ίνας (54). Οι δύο φωτονικές ψηφίδες διεγείρονται από την ίδια ίνα εισόδου και παρέχουν το φως των εξόδων τους στην ίνα εξόδου μέσω των κυματοδηγών εξόδου τους. Η πολυπλεξία είναι επιτυγχάνεται με τη χρήση σαφώς διαφορετικών συχνοτήτων ταλάντωσης, στην περίπτωση των συμβολόμετρων, ή διαφορετικών μήκών κύματος συντονισμού στην περίπτωση συντονιστών. Οι δύο ψηφίδες μπορούν να επικαλυφθούν ανεξάρτητα, και μπορούν να ενεργούν ως δύο ανεξάρτητοι ανιχνευτές στο ίδιο διάλυμα του δείγματος. Μπορούν επίσης να δεχθούν υγρά δείγματα μέσω τριχοειδούς δράσης υπό την προϋπόθεση οι δύο επιφάνειες είναι υδρόφιλες.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Ένα παράδειγμα του πώς διαφορετικές συμπεριφορές ταλάντωσης λαμβάνονται στην έξοδο των Mach Zehnder-συμβολομέτρων φαίνεται στο Σχήμα 9, και Σχ.10 όπου απεικονίζονται τα φάσματα εξόδου δύο διαφορετικών συμβολομέτρων Mach-Zehnder. Τα δύο σύμβολό μέτρα είναι κατασκευασμένα μέσω λέπτυνσης του πυρήνα του βραχίονα αίσθησης έτσι ώστε όταν διεγείρονται από φως ευρείας ζώνης διαφορετικές συχνότητες εμφανίζονται στα φάσματα εξόδου, ανάλογα με τον βαθμό εκλέπτυνσης. Στο Σχήμα 9 ο βραχίονας αίσθησης έχει πάχος 150 nm και ο βραχίονας αναφοράς πάχος 167 nm, ενώ στο Σχ.10 ο βραχίονας αίσθησης έχει πάχος 125 nm και ο βραχίονας αναφοράς πάχος 155 nm. Μια εκλέπτυνση του πυρήνα νιτριδίου κατά 17 nm δημιουργεί τις ταλαντώσεις στο Σχήμα 9, ενώ μια εκλέπτυνση κατά 30 nm τις πολύ υψηλότερες ταλαντώσεις του Σχ.10. Το σύνθετο φάσμα ή το άθροισμα των δύο φασμάτων στη θέση του ανιχνευτή μπορεί να αποσυνελιχθεί με μετασχηματισμό Fourier στον τομέα του κυματάριθμου. Σε μία τέτοια περίπτωση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 11, δύο διακριτές στενές ζώνες, Α και Β, που αντιστοιχούν εις τα συμβολόμετρα στο Σχ. 9 και Σχ.10, αντίστοιχα. Κάθε συμβολόμετρο χαρακτηρίζεται από την δική του κορυφή. Έτσι, οι επι μέρους φασματικές μετατοπίσεις μπορεί να αποσυνελιχθούν παρακολουθώντας τις τιμές της φάσης του σύνθετου μετασχηματισμού Fourier στις κορυφές. Παρόμοια αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν με τη διατήρηση των βραχιόνων αίσθησης σε καθορισμένη πάχη, ενώ επιλέγοντας υψηλότερο πάχος για τούς βραχίονες αναφοράς. Και πάλι όσο υψηλότερη είναι η διαφορά του πάχους του πυρήνα μεταξύ του βραχίονα αναφοράς και αίσθησης τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ταλάντωσης. Μια άλλη προσέγγιση θα ήταν να επιλεχθούν διαφορετικά μήκη παραθύρων αίσθησης για τα δύο συμβολόμετρα διατηρώντας το ίδιο πάχος πυρήνα για τα δύο άκρα. Μια τέτοια ικανότητα πολυπλεξίας παρέχει την ευκαιρία να ενσωματωθούν εκτός από τα συμβολόμετρα αντίδρασης και ένα ουδέτερο συμβολόμετρο για διορθώσεις της γραμμής βάσης.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
Φωτονικές ψηφίδες με μονόπλευρη οπτική θύρα μπορούν να ανταλλάξουν αμφίδρομα σήματα φωτός με δίκλωνες ίνες με τη χρήση μίας απλής μηχανικής μονάδας οπτικής ζεύξης. Με αυτό τον τρόπο δεν υπάρχει ανάγκη για οπτική όγκου, όπως φακούς και οπτικές στηρίξεις, και η φωτονική ψηφίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βιο-χημικός ανιχνευτής με βάση την επικάλυψη των παραθύρων ανίχνευσης από τα κατάλληλα μόρια ανίχνευσης. Στην απλούστερη διαμόρφωση της η επισημασμένη ψηφίδα μπορεί να βυθιστεί μέσω της πλευράς που αντιτίθεται στην οπτική θύρα σε ένα μικροφρεάτιο για να παρακολουθεί μια αντίδραση δέσμευσης. Τα μόρια του ανιχνευτή ακινητοποιημένα στο παράθυρο αίσθησης θα αντιδράσουν με τα ομόλογα μόρια του αναλύτη και θα παραχθούν φασματικές και συντονιστικές μετατοπίσεις στο κυματοδηγούμενο φως. Το κυματοδηγούμενο φως έρχεται από την πηγή φωτός μέσω των ινών εισόδου και τη διεπιφάνεια των ινών εισόδου - κυματοδηγών εισόδου. Οι φασματικές μετατοπίσεις εξόδου ή μεταβολές έντασης θα οδηγηθούν στη μονάδα ανιχνευτή μέσω της ίνας εξόδου και της διεπιφάνειας κυματοδηγών εξόδου και ινών εξόδου. Η μονή οπτική θύρα επικοινωνίας με την εξωτερική πηγή φωτός και τον ανιχνευτή επιτρέπει στην ελεύθερη πλευρά της ψηφίδας και στο μεγαλύτερο μέρος της ψηφίδας να χρησιμεύσει ως βυθισμένος οπτικός καθετήρας. Η μέθοδος χρησιμοποιεί επίπεδους κυματοδηγούς με τη μορφή συμβολομέτρων ή συντονιστών και δεν χρησιμοποιεί συμβολομετρία ανάκλασης. Σε σύγκριση με τεχνικές ανακλασιμετρίας λευκού φωτός είναι πολύ πιο ευαίσθητη και μπορεί να ενσωματώσει περισσότερα από ένα συμβολόμετρα ή συντονιστές. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατές πολύ-αναλυτικές μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένων ουδέτερων κυματοδηγών.
Claims (10)
1. Μια φωτονική ψηφίδα που περιλαμβάνει ένα σύμβολό μέτρο Mach-Zehnder με τη μέσα και έξω σύζευξη του φωτός να λαμβάνει χώρα στην ίδια μονόπλευρη οπτική θύρα όπου ο κυματοδηγός εισόδου ξεκινά και ο κυματοδηγός εξόδου τερματίζει.
2. Μια φωτονική ψηφίδα που περιλαμβάνει ένα συντονιστή με τη μέσα και έξω σύζευξη του φωτός να λαμβάνει χώρα στην ίδια μονόπλευρη οπτική θύρα όπου όπου ο κυματοδηγός εισόδου ξεκινά και ο κυματοδηγός εξόδου τερματίζει.
3. Μια φωτονική ψηφίδα που περιλαμβάνει περισσοτέρους του ενός μη διασταυρούμενους κυματοδηγούς που ο καθένας περιέχει ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder με μία διαφορετική συχνότητα ταλάντωσης στο φάσμα εξόδου με τη μέσα και έξω σύζευξη του φωτός για όλους τους κυματοδηγούς να λαμβάνει χώρα στην ίδια μονόπλευρη οπτική θύρα όπου ο κυματοδηγός εισόδου ξεκινά και ο κυματοδηγός εξόδου τερματίζει.
4. Μια φωτονική ψηφίδα που περιλαμβάνει έναν κυματοδηγό με περισσότερους από ένα συντονιστές καθέναν με διαφορετικό μήκος κύματος συντονισμού με τη μέσα και έξω σύζευξη του φωτός να λαμβάνει χώρα στην ίδια μονόπλευρη οπτική θύρα όπου ο κυματοδηγός εισόδου ξεκινά και ο κυματοδηγός εξόδου τερματίζει.
5. Μία συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
Τη φωτονική ψηφίδα της αξίωσης 1,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία πηγή λευκού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φασματόμετρο,
μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλος των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων για να ευθυγραμμιστούν οι δικλωνικές ίνες εισόδου και εξόδου με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας, αντίστοιχα,
ένα μόριο ανιχνευτή ακινητοποιημένο επί του βραχίονα αίσθησης του συμβολομέτρου Mach-Zehnder για να δημιουργήσει φασματικές ολισθήσεις στο φάσμα εξόδου με την πρόσδεση των μόριων του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη,
την εξαγωγή της συγκέντρωσης του αναλύτη σύμφωνα με την έκταση των φασματικών ολισθήσεων.
6. Μία συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
τη φωτονική ψηφίδα της αξίωσης 2,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία συντονιζόμενη πηγή μονοχρωματικού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φωτοανιχνευτή,
μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλος των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων για να ευθυγραμμιστούν οι δικλωνικές ίνες εισόδου και εξόδου με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας, αντίστοιχα,
ένα μόριο ανιχνευτή ακινητοποιημένο επί του παραθύρου αίσθησης του συντονιστή για να δημιουργήσει ολισθήσεις στο μήκη κύματος συντονισμού με την πρόσδεση των μόριων του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη, την εξαγωγή της συγκέντρωσης του αναλύτη σύμφωνα με την έκταση των ολισθήσεων των μηκών κύματος συντονισμού.
7. Μία συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
τη φωτονική ψηφίδα της αξίωσης 3,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία πηγή λευκού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φασματόμετρο,
μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλος των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων για να ευθυγραμμιστούν οι δικλωνικές ίνες εισόδου και εξόδου με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας, αντίστοιχα,
μόρια ανιχνευτών ακινητοποιημένα επί των βραχιόνων αίσθησης των συμβολόμετρων Mach-Zehnder για να δημιουργήσουν φασματικές ολισθήσεις στα φάσματα εξόδου με την πρόσδεση των μορίων του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη,
την εξαγωγή των συγκεντρώσεων των διαφόρων αναλυτών σύμφωνα με την έκταση των διαφόρων φασματικών ολισθήσεων.
8. Μία συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
τη φωτονική ψηφίδα της αξίωσης 4,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία συντονιζόμενη πηγή μονοχρωματικού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φωτοανιχνευτή, μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλος των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων για να ευθυγραμμιστούν οι δικλωνικές ίνες εισόδου και εξόδου με τους κυματοδηγούς εισόδου και εξόδου της φωτονικής ψηφίδας, αντίστοιχα,
μόρια ανιχνευτών ακινητοποιημένα επί των παραθύρων αίσθησης των συντονιστών για να δημιουργήσουν ολισθήσεις στά μήκη κύματος συντονισμού με την πρόσδεση με τα μόρια του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη, την εξαγωγή των συγκεντρώσεων των διαφόρων αναλυτών σύμφωνα με την έκταση των ολισθήσεων των μηκών κύματος συντονισμού.
9. Μια συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
δύο συμμετρικές φωτονικές ψηφίδες της αξίωσης 1 ή 3 με διαφορετικές συχνότητες ταλάντωσης του φάσματος που όταν τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου αντιστοιχούν μεταξύ τους,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία πηγή λευκού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φασματόμετρο,
μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλος των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων έτσι ώστε οι δύο φωτονικές ψηφίδες αντικρίζουν η μία την άλλη και οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου τους είναι ευθυγραμμισμένοι με την δικλωνική ίνα εισόδου και εξόδου, αντίστοιχα,
μόρια ανιχνευτών ακινητοποιημένα ανεξάρτητα επί των βραχιόνων αίσθησης των συμβολομέτρων Mach-Zehnder για να δημιουργήσουν φασματικές μετατοπίσεις στα φάσματα εξόδου με την πρόσδεση των μόριων του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη, ή με τη χρήση τριχοειδών δυνάμεων για τη μεταφορά του δείγματος ανάμεσα στις ψηφίδες,
την εξαγωγή των συγκέντρωσεων των διαφόρων αναλυτών σύμφωνα με την έκταση των διαφόρων φασματικών ολισθήσεων.
10. Μία συσκευή για την ανίχνευση αναλυτών που αποτελείται από:
δύο συμμετρικές φωτονικές ψηφίδες της αξίωσης 2 ή της αξίωσης 4, με διαφορετικά μήκη κύματος συντονισμού που όταν τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου αντιστοιχούν μεταξύ τους,
μία δικλωνική ίνα που αντικρίζει στο κοινό άκρο της τη μονόπλευρη οπτική θύρα της φωτονικής ψηφίδας, ενώ το ελεύθερο άκρο της ίνας εισόδου συνδέεται σε μία συντονιζόμενη πηγή μονοχρωματικού φωτός και το ελεύθερο άκρο της ίνας εξόδου σε ένα φωτοανιχνευτή, μια μηχανική μονάδα οπτικής σύζευξης τοποθετημένη μεταξύ του κοινού τέλους των δικλωνικών ινών και των φωτονικών ψηφίδων έτσι ώστε οι δύο φωτονικές ψηφίδες αντικρίζουν η μία την άλλη και οι κυματοδηγοί εισόδου και εξόδου τους είναι ευθυγραμμισμένοι με την δικλωνική ίνα εισόδου και εξόδου, αντίστοιχα,
μόρια ανιχνευτή ανεξάρτητα ακινητοποιημένα επί των παραθύρων αίσθησης των συντονιστών για να δημιουργήσουν ολισθήσεις στά μήκη κύματος συντονισμού με την πρόσδεση των μορίων του αναλύτη μετά την εμβάπτιση του αισθητήριου στοιχείου μέσα στο διάλυμα του αναλύτη, ή με τη χρήση τριχοειδών δυνάμεων για τη μεταφορά του δείγματος ανάμεσα στις ψηφίδες, την εξαγωγή των συγκεντρώσεων των διαφόρων αναλυτών σύμφωνα με την έκταση των ολισθήσεων των μηκών κύματος συντονισμού.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20160100552A GR20160100552A (el) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Φωτονικες ψηφιδες με μονοπλευρη οπτικη θυρα αυτοευθυγραμμισμενη με δικλωνικες οπτικες ινες για την ανιχνευση βιομοριακων αντιδρασεων χωρις επισημανση μεσω ολοκληρωμενων συμβολομετρων και συντονιστων |
| EP17797175.1A EP3532825A1 (en) | 2016-10-27 | 2017-10-23 | Photonic chips with one sided optical ports self aligned to bifurcated fibers for the label free detection of biolomecular reactions through the use of integrated interferometers and resonators |
| US16/344,119 US11119040B2 (en) | 2016-10-27 | 2017-10-23 | Photonic chips with one sided optical ports self aligned to bifurcated fibers for the label free detection of biomolecular reactions through the use of integrated interferometers and resonators |
| PCT/GR2017/000062 WO2018078404A1 (en) | 2016-10-27 | 2017-10-23 | Photonic chips with one sided optical ports self aligned to bifurcated fibers for the label free detection of biolomecular reactions through the use of integrated interferometers and resonators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20160100552A GR20160100552A (el) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Φωτονικες ψηφιδες με μονοπλευρη οπτικη θυρα αυτοευθυγραμμισμενη με δικλωνικες οπτικες ινες για την ανιχνευση βιομοριακων αντιδρασεων χωρις επισημανση μεσω ολοκληρωμενων συμβολομετρων και συντονιστων |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR20160100552A true GR20160100552A (el) | 2018-06-27 |
Family
ID=59031262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20160100552A GR20160100552A (el) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Φωτονικες ψηφιδες με μονοπλευρη οπτικη θυρα αυτοευθυγραμμισμενη με δικλωνικες οπτικες ινες για την ανιχνευση βιομοριακων αντιδρασεων χωρις επισημανση μεσω ολοκληρωμενων συμβολομετρων και συντονιστων |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11119040B2 (el) |
| EP (1) | EP3532825A1 (el) |
| GR (1) | GR20160100552A (el) |
| WO (1) | WO2018078404A1 (el) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11421843B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-08-23 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber-delivered laser-induced dynamic light system |
| US11239637B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-02-01 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber delivered laser induced white light system |
| US11884202B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-01-30 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Laser-based fiber-coupled white light system |
| JP3236102U (ja) * | 2019-01-18 | 2022-02-09 | キョウセラ エスエルディー レイザー，インコーポレイテッド | 照明アプリケーション用のレーザベースの導波路結合白色光システム |
| US12152742B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-11-26 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Laser-based light guide-coupled wide-spectrum light system |
| US12000552B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-06-04 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Laser-based fiber-coupled white light system for a vehicle |
| JP2021148952A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 住友大阪セメント株式会社 | 光機能デバイス |
| CN112833873A (zh) * | 2020-09-12 | 2021-05-25 | 天津领芯科技发展有限公司 | 光子集成芯片以及干涉型光纤陀螺 |
| DE102022111153A1 (de) | 2022-05-05 | 2023-11-09 | ams Sensors Germany GmbH | Optofluidischer sensor, wasserführendes haushaltsgerät und verfahren zur ermittlung einer konzentration |
| CN118706247A (zh) * | 2022-05-25 | 2024-09-27 | 安徽至博光电科技股份有限公司 | 一种基于激光光学集成芯片的测振方法 |
| CN115901684B (zh) * | 2022-11-23 | 2025-08-12 | 聊城大学 | 一种波导微腔马赫-曾德干涉型折射率传感器的制备方法 |
| CN117470806B (zh) * | 2023-12-21 | 2024-03-26 | 天津工业大学 | 一种基于马赫曾德尔结构的聚合物葡萄糖传感器 |
| GR1010873B (el) | 2023-12-28 | 2025-02-06 | Αριστοτελειο Πανεπιστημιο Θεσσαλονικης-Ειδικος Λογαριαμος Κονδυλιων Ερευνας, | Συμβολομετρικη οπτικη συσκευη ανιχνευσης ολοκληρωμενη σε φωτονικα κυκλωματα |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761164B1 (fr) | 1997-03-20 | 1999-04-16 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de demultiplexage des raies spectrales contenues dans un spectre optique |
| US6654523B1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-11-25 | Lightwave Microsystems Corporation | Optical alignment guide and method for aligning an optical fiber array with an optical integrated circuit |
| US6937335B2 (en) * | 2002-03-08 | 2005-08-30 | Paul Victor Mukai | Dynamic alignment of optical fibers to optical circuit devices such as planar lightwave circuits |
| JP2005009944A (ja) | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Hitachi Ltd | 化学物質検出装置 |
| US7319525B2 (en) | 2003-11-06 | 2008-01-15 | Fortebio, Inc. | Fiber-optic assay apparatus based on phase-shift interferometry |
| CA2601836C (en) | 2007-05-21 | 2017-02-28 | Adam Densmore | Silicon photonic wire waveguide biosensor |
| WO2009028029A1 (ja) | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 偏波無依存導波型光干渉回路 |
| WO2009088089A1 (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 光遅延干渉回路 |
| CN102326068B (zh) * | 2009-02-20 | 2015-04-08 | 万迈医疗仪器有限公司 | 一种用于在样品中基于薄膜频谱干涉检测被分析物的组件 |
| GB201117649D0 (en) * | 2011-10-12 | 2011-11-23 | Univ Gent | Resonant biosensor |
| US9176280B2 (en) * | 2013-10-21 | 2015-11-03 | Oracle International Corporation | Optical reflector based on a directional coupler and a coupled optical loop |
| US9341786B1 (en) * | 2015-07-28 | 2016-05-17 | Lumentum Operations Llc | Optomechanical assembly for a photonic chip |
-
2016
- 2016-10-27 GR GR20160100552A patent/GR20160100552A/el unknown
-
2017
- 2017-10-23 US US16/344,119 patent/US11119040B2/en active Active
- 2017-10-23 EP EP17797175.1A patent/EP3532825A1/en active Pending
- 2017-10-23 WO PCT/GR2017/000062 patent/WO2018078404A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11119040B2 (en) | 2021-09-14 |
| US20200064260A1 (en) | 2020-02-27 |
| WO2018078404A1 (en) | 2018-05-03 |
| EP3532825A1 (en) | 2019-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11119040B2 (en) | Photonic chips with one sided optical ports self aligned to bifurcated fibers for the label free detection of biomolecular reactions through the use of integrated interferometers and resonators | |
| US7212692B2 (en) | Multiple array surface plasmon resonance biosensor | |
| Heideman et al. | TriPleX-based integrated optical ring resonators for lab-on-a-chip and environmental detection | |
| US5663790A (en) | Method and apparatus for determination of refractive index | |
| EP1066507B1 (en) | Detection of a substance by refractive index change | |
| Muellner et al. | CMOS-compatible Si3N4 waveguides for optical biosensing | |
| Yan et al. | Silicon on-chip bandpass filters for the multiplexing of high sensitivity photonic crystal microcavity biosensors | |
| GB2248497A (en) | An optical sensor | |
| WO2011000494A1 (en) | Optical sensor and method for detecting molecules | |
| CN104655566B (zh) | 一种光子集成阵列免标记光学生化传感检测系统 | |
| US9335263B2 (en) | Optical circuit for sensing a biological entity in a fluid and method of configuring the same | |
| US7239395B2 (en) | Optical interrogation systems with reduced parasitic reflections and a method for filtering parasitic reflections | |
| US9068950B2 (en) | Vernier photonic sensor data-analysis | |
| US9671335B2 (en) | Photonics integrated interferometric system and method | |
| la Grasta et al. | Silicon-on-insulator microphotonic resonators for label-free biosensing: an experiment-based comparison between the different configurations | |
| Duval et al. | Interferometric waveguide biosensors based on Si-technology for point-of-care diagnostic | |
| Grego et al. | A compact and multichannel optical biosensor based on a wavelength interrogated input grating coupler | |
| Sreenath et al. | State of the art Sensing Techniques using Silicon Photonics | |
| Chen et al. | Sensitivity-enhanced optical sensor based on multilayer coated Fabry–Pérot interferometer | |
| WO2018051145A2 (en) | Integrated broad-band young interferometers for simultaneous dual polarization bio-chemical sensing through amplified fringe packet shifts | |
| La Grasta et al. | Silicon Photonic Ring Resonators Intended for Point-of-Care and Point-of-Need Testing | |
| Chatzianagnostou | Design and Optimization of Integrated Plasmo-photonic Sensors | |
| Wright et al. | A platform for multiplexed sensing of biomolecules using high-Q microring resonator arrays with differential readout and integrated microfluidics | |
| Weigel et al. | NSi34 Microring-Resonator-Based Integrated Photonic Sensor for Enhanced Label-Free Biofluid Analysis in the 850 nm Optical Band | |
| JP2024084468A (ja) | 光センシング回路及び光センシングシステム |