设计了一种基于微孔谐振器的溶液浓度传感器，提出了一种测量溶液浓度的新方法。绍了微孔谐振器（MRR）的结构和传输机制以及MRR浓度传感器的工作原理。据电磁场理论，通过计算MRR的共振波长，以乙二醇溶液为例，对微复用器的功率谱进行了计算，得到了缝隙波导的特性方程。有限时域差分法模拟。
真结果表明，随着乙二醇溶液浓度的增加，MRR的共振波长与乙二醇溶液的浓度呈近似线性关系，对应于理论计算的结果。算传感器的灵敏度。果表明，灵敏度可以达到490.2 nm / RIU。用MRR来测量液体浓度是廉价的，并且其结构简单，可以快速，准确地测量环境介质。传感器还设计用于测量固体，气体浓度以及与浓度和折射率有关的其他参数。
着生物技术的发展，与健康，安全和环境有关的问题变得越来越重要。敏而紧凑的传感器的制造对于检测小的特定生物或化学物种至关重要，新兴的微流控芯片可以满足这些需求[1]。流体光学芯片在微流体芯片上集成了光学组件，例如透镜，激光器和谐振腔，并集成了微流体技术和光电检测功能，可可靠，快速地处理芯片中的少量流体，因此可以进行交流。示，记录和记录功能的设备[2]。
些新的微流体光学芯片广泛应用于生物学[3]，化学[4]，医学[5]，通信[6]，检测[7]和治疗领域。息[8]。此，研究如何集成，优化和集成光学器件以开发具有特定功能的微流控芯片非常重要。微流体光学芯片研究中，大多数操纵功能都是在溶液状态下执行的。此，溶液浓度的检测是要解决的关键技术问题。
前，测量常用溶液浓度的方法在于通过溶液的折射率获得溶液的浓度，该溶液的折射率是液体浓度与其折射率之间关系的函数。方法具有很高的测量精度和广泛的应用领域，因此被广泛使用[9-10]。浓度传感器中，基于集成光波导的浓度传感器具有良好的性能，尤其是平面光波导[11]，定向耦合器[12]，MZ干涉仪[13]。网络耦合器[14]。微共振[15-18]。些传感器具有以下优点：成本低，重量轻，结构紧凑，灵敏度高，坚固耐用，通过表面化学修饰实现的高表面特异性以及在光电设备中的大规模集成，并且还响应多通道检测。用[11-18]。这种情况下，本文基于微孔谐振器的浓度设计解决方案（注意：本文提到的所有“浓度”都代表体积分数），提出了一种测量溶液浓度的新方法。常情况下，可以将MRR耦合区域视为一个波导，利用波导模式场分布得到二维波导的特征方程，然后计算出MRR的谐振波长。乙二醇溶液为例，通过域差法在有限时间内模拟了不同浓度乙二醇的共振波长位置。据乙二醇浓度的变化会导致微再活化剂的折射率和共振波长发生变化的原理，进行浓度检测并分析和计算传感器的灵敏度。文设计的溶液浓度传感器改善了未来光学流体设备的功能和可调性，应实际应用于光学检测和分析领域。孔谐振器（MRR）的基本结构由一个半径为几微米到几百微米的闭环和一个或两个直线波导组成，右边的波导起着作用输入和输出通道之间，在微sus和右波导之间有一个间隔。小的缝隙彼此耦合。通MRR结构如图1所示。过输入端子将中心波长为1.55μm的光脉冲信号输入到MRR的右波导中。在右波导中传输，满足微复用器共振条件的光耦合到微复用器。一端无共振光从输出端口输出。将光耦合到微孔一周之后，一些光通过输出发出。脉冲在微孔中循环几次，最后由输出发出。
直波导和微阵列组成的液体浓度传感器放置在要测量的液体中（图2）：基于MRR的液体浓度传感器的基本原理。了抑制温度变化的影响，MRR传感器的温度必须保持恒定，这需要配置热电冷却器。一定温度下，溶液的折射率随溶液浓度的变化而变化。MRR处于一定浓度的液体环境中时，右波导和微回缩之间的缝隙将充满测试溶液，并且根据待测试溶液的不同，浓度的变化必然会改变护套的折射率。有谐振波长的光信号被选择为从水平通道的一端输入，并且当光被传输到波导的芯中时，折射率的变化为0。境会导致微复用器的有效折射率发生相应变化。据微阵列的共振方程：mλm=2πRneff（1）其中λm是微核的共振波长，m是共振序列（m = 1，2，3，…） ，R是微阵列的半径，neff是微环的有效折射率。据MRR对环境折射率的敏感性特征，上式表明入射光的波长不变。待测液体的浓度（即即皮层发生变化，微米的有效折射率发生变化，从而引起共振光谱。同共振水平的共振波长相应地移动。
此，通过检测共振波长的迁移量，可以反转微孔的有效折射率的变化，从而获得传感器周围的液体的浓度并实现微孔的检测功能。
感器对液体的浓度。液浓度传感器的研究基于微孔谐振器对于不同溶液浓度具有不同谐振波长的原理。论和实验表明，在恒定温度下液体的折射率与其浓度百分比之间存在一定的对应关系[10]。此，可以通过配制不同浓度的混合溶液来获得不同的所需折射率液体。据等式（1），要计算MRR的谐振波长，必须首先确定MRR的有效折射率。文根据狭缝波导理论计算出MRR的共振波长。于缝隙波导，缝隙距离为2a，波导的宽度和高度分别为ba，h，恒温阀芯nc和nh是护套和波导的折射率。动，并且不会随着环境的集中而变化。隙波导的结构如图3（a）所示。设环境折射率小于波导的折射率，则h = b-a。度为0.2μm;分别在波导和下包层的中心区域选择SOI和SiO2材料，其折射率分别为3.48和1.45。
套层是要测试的液体。二醇是用于细胞融合技术的高效融合剂。通常用作润滑剂和粘合剂，恒温阀芯还用于化妆品行业，化学纤维电镀，农药，金属加工和食品加工。种浓度下的乙醇水溶液的行为都是非常有价值的，因此将乙二醇溶液用作检测溶液。室温下，纯水的折射率等于n1 = 1.333 3，而纯乙二醇的折射率等于n2 = 1.432 9。二醇的浓度取自表1所示的公式（4）。据表1的数据，使用时域有限差分（FDTD）方法计算出光的波长。重复使用A上不同浓度的乙二醇溶液在1.525至1.568μm的范围内（如图1所示）。率谱。图4中可以看出，当微分子在不同浓度的乙二醇溶液中接近1 550 nm波长时，浓度的增加会引起波长的单调移动。右共振并向长波长漂移，即发生“红移”，并且浓度逐渐增加。着频率的增加，峰值功率位置逐渐移动，表明光功率损耗正在增加。用第二部分的理论方法和图4的模拟结果，分别进行了MRR共振波长的理论计算和数值分析。果在图5中示出。理论计算中，微再利用的共振阶为m ＝ 56，并且在弱引导条件下计算共振波长的理论计算。5示出了共振波长λ随乙二醇浓度的变化，可以看出共振波长与溶液的浓度大致呈线性关系，但两者的结果均示出。定的偏差。成这种差异的原因是，波导是纳米级的，微孔的半径是5μm。是一种高折射率材料，与护套的折射率差很大，并且不满足低导光条件[18]。图5可以看出，浓度每增加5％，共振波长就可以达到约0.2-0.3 nm的波长偏移，这表明作为理论计算的结果，本文设计的传感器的谐振波形对不同的溶液浓度具有敏感的响应。
一致的。传感器设计中，表征传感器检测性能的最重要和最关键的参数之一就是设备的灵敏度，理论分析取决于某些几何和物理参数。晰度传感器的灵敏度如下：S =ΔλmΔnc（5），其中Δλm是相对于初始谐振波长的相同阶次谐振波长的漂移量， Δnc是鞘折射率的变化量。据以上分析，图6是示出谐振波长MRR的漂移幅度Δλm相对于初始波长的变化曲线的曲线图，该变化曲线是杂质浓度的函数。二醇溶液Δnc，它对应于传感器的灵敏度曲线。
图6中可以看出，当乙二醇溶液的折射率从1.362增加到1.427时，最大波长偏移约为3.1nm，并且漂移量为1.5nm。性的。据图中所示数据的斜率，可以在490.2 nm / RIU处计算传感器的灵敏度。
前报道的基于微环辅助MZ干涉仪的高灵敏度SOI光学折射率传感器的灵敏度为137.5 nm / RIU [19]，该传感器具有很高的灵敏度。以看出，不同浓度的乙二醇溶液会导致共振波长发生显着变化，并且可以通过检测波长漂移来获得溶液的浓度，并且有可能获得与溶液浓度相对应的MRR。计了基于硅缝隙波导的微环共振型溶液浓度传感器。先，概述了全通径微环谐振器的结构及其传输机制以及微环型溶液浓度传感器的工作原理。后，根据电磁场理论得到二维缝隙波导的特性方程。算出MRR的共振波长。
过有限元方法模拟了基于SOI的缝隙波导（尺寸为0.2μmx 0.2μm）的光场分布。后，以乙二醇溶液为例，模拟了随着外界环境折射率的变化，环上的透射光谱。真结果表明，当传感器在1.525至1.568μm的范围内时，MRR的共振波长与乙二醇浓度的变化大致成线性关系，与理论计算结果相对应。;只要乙二醇浓度变化5％，共振波长就会变化。均变化为0.2〜0.3nm，分析传感器的灵敏度，灵敏度为490.2nm / RIU。
阵列谐振器型传感器增加了未来的光学流体装置的功能和可调谐性，并且应实际应用于光电检测分析领域。时，该传感器价格便宜，结构简单并且可以测量固体，气体浓度以及其他与浓度和折射率有关的参数。
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