WO2014003529A2 - Design for a high-performance sensor based on optical waveguide modes in a microchip having a periodic structure of dielectric media - Google Patents
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Abstract
The present invention concerns an optical microchip consisting of a periodic structure of a dielectric medium covering a reflective film deposited on a transparent substrate. This sensor, based on optical waveguide modes, uses a mechanism of attenuated total reflection to confine the light in the network, and a detection mechanism for detecting the light reflected on the film. The sensor detects the specimen in an angular interval of the incidence of the light or the reflected intensity varies by coupling with a waveguide mode of the optical chip designed in this way. Reading is carried out by detecting the variation in the angle of incidence or the intensity of light reflected on the chip occurring when the specimen to be detected is adsorbed, or fixed, on the surface of the chip.
Description
Design d'un capteur à haute performance à base de modes optiques guidés dans une micro puce à structure périodique de milieux diélectriques Design of a high-performance sensor based on guided optical modes in a micro-chip with a periodic structure of dielectric media
Domaine de l'invention Field of the invention
La présente invention est liée à un réseau de diffraction et à une puce capteur à réseau de diffraction capable d'améliorer la sensibilité de détection de spécimens en utilisant un mode optique guidé couplé dans la puce et confiné dans le réseau de diffraction, préparé avec un milieu diélectrique de la puce. The present invention is related to a diffraction grating and a diffraction grating sensor chip capable of improving the detection sensitivity of specimens using a guided optical mode coupled into the chip and confined in the diffraction grating, prepared with a dielectric medium of the chip.
Art antérieur Prior art
Il existe déjà une technologie connue qui utilise les modes de guide d'ondes optiques dans un biocapteur pour détecter l'ADN, des virus, des protéines, des chaînes de sucre, ou analogues, et dans un capteur de substance chimique qui détecte les ions métalliques, des molécules organiques, des gaz ou analogues. There is already known technology that uses optical waveguide modes in a biosensor to detect DNA, viruses, proteins, sugar chains, or the like, and in a chemical sensor that detects ions. metallic, organic molecules, gases or the like.
Cette technologie utilise un système optique ayant une structure comme une plaque de verre revêtue d'un métal noble (Or, Argent ou autre) par dépôt en phase vapeur, avec le côté du verre opposé au côté recouvert avec le métal mis en contact avec un prisme optique par l'intermédiaire d'une huile d'indice de réfraction correspondant, dans lequel un faisceau laser ou une lumière blanche est introduit à travers le prisme dans le verre et l'intensité de la lumière réfléchie est mesurée. Un matériau diélectrique qui sert de guide d'onde -la lumière guidée dans le guide est couplée par le prism (voir figure 1) - est formée sur la surface d'un métal noble du capteur, sur la surface duquel des molécules sont adsorbées. L'adsorption des molécules sur le guide d'onde peut être mesurée avec une grande sensibilité. This technology uses an optical system having a structure like a glass plate coated with a noble metal (gold, silver or other) by vapor deposition, with the side of the glass opposite the side covered with the metal brought into contact with a metal. optical prism through an oil of corresponding refractive index, wherein a laser beam or a white light is introduced through the prism into the glass and the intensity of the reflected light is measured. A dielectric material which serves as a waveguide - the guided light in the guide is coupled by the prism (see Figure 1) - is formed on the surface of a noble metal of the sensor, on the surface of which molecules are adsorbed. The adsorption of the molecules on the waveguide can be measured with great sensitivity.
Dans la condition de la réflexion totale la lumière incidente irradie le verre, le mode guidée dans le milieu diélectrique se produit à un angle d'incidence particulier dus à des réflexions multiples aux interfaces du milieu diélectrique avec le métal d'un coté et l'eau ou l'air de l'autre coté.
Fig. 1 montre une structure de substrat d'une puce qui montre un mode de guide d'onde optique. Lorsque le mode guide d'onde est excité, l'énergie de l'onde incidente se transfert en énergie du mode guidé, qui se propage avec une atténuation de dissipation dans le guide d'onde. Par conséquent, l'intensité de la lumière réfléchie diminue de manière significative autour de l'angle de résonance. Under the condition of total reflection the incident light irradiates the glass, the guided mode in the dielectric medium occurs at a particular angle of incidence due to multiple reflections at the interfaces of the dielectric medium with the metal on one side and the water or air on the other side. Fig. 1 shows a substrate structure of a chip that shows an optical waveguide mode. When the waveguide mode is energized, the energy of the incident wave transfers energy to the guided mode, which propagates with attenuation attenuation in the waveguide. As a result, the intensity of the reflected light decreases significantly around the resonance angle.
L'intensité de la lumière réfléchie à l'angle d'incidence qui provoque le mode de guide d'onde (résonnance) et à un angle proche de l'angle d'incidence qui provoque le mode de guide d'onde varie en fonction de l'épaisseur et de la constante diélectrique de la matière déposée sur la surface du guide d'ondes diélectrique optique. Un capteur à mode de guide d'onde fonctionne sur le principe du changement des constantes optique du guide (épaisseur et ou constantes diélectriques) occasionné par l'adsorption des molécules à détecter sur la surface du guide. En effet, lorsque ceci se produit la courbe de réflectivité est déplacée et l'angle d'incidence varie. The intensity of the light reflected at the angle of incidence that causes the waveguide mode (resonance) and at an angle close to the angle of incidence that causes the waveguide mode varies according to the thickness and dielectric constant of the material deposited on the surface of the optical dielectric waveguide. A waveguide mode sensor operates on the principle of changing the optical constants of the guide (thickness and / or dielectric constants) caused by the adsorption of the molecules to be detected on the surface of the guide. Indeed, when this happens the reflectivity curve is displaced and the angle of incidence varies.
La variation de l'angle d'incidence ou de la réflectivité due à l'adsorption des spécimens à détecter au voisinage de la surface du guide d'ondes diélectrique optique est détectée avec une sensibilité importante. The variation of the angle of incidence or the reflectivity due to the adsorption of the specimens to be detected in the vicinity of the surface of the optical dielectric waveguide is detected with a high sensitivity.
La sensibilité du capteur à guide d'ondes optique peut être améliorée en augmentant la surface effective vue par les molécules à détecter. Une haute sensibilité de détection peut être réalisée à l'aide d'alumine perforée pour augmenter la surface spécifique, qui est formée par oxydation anodique dans le guide d'onde optique. Cependant, l'instabilité de l'alumine en présence d'un acide ou alcalin et des difficultés dans le contrôle de la taille des pores formés dans l'alumine sont les principaux inconvénients. Aussi, il est difficile de contrôler la densité et l'homogénéité de la distribution des pores. The sensitivity of the optical waveguide sensor can be improved by increasing the effective area seen by the molecules to be detected. High detection sensitivity can be achieved using perforated alumina to increase the surface area, which is formed by anodic oxidation in the optical waveguide. However, the instability of alumina in the presence of an acid or alkali and difficulties in controlling the size of pores formed in alumina are the main disadvantages. Also, it is difficult to control the density and homogeneity of the pore distribution.
Description détaillée de l'invention : Detailed description of the invention
La présente invention vise à résoudre les problèmes décrits ci-dessus, et propose une puce dotée d'un milieu diélectrique à structure périodique (voir Fig. 2). Cette structure du type réseau de diffraction fabriqué dans le milieu diélectrique servant de guide est stable et facile à réaliser, elle est capable de détecter, sans marquage, des petites quantités de spécimen avec une résolution plus élevée que celle de la technologie de l'art antérieur qui utilise le mode de guide d'ondes optique, et fournit également une puce pour le capteur.
Le capteur de réseau de diffraction de la présente invention utilise une puce qui comprend un substrat constitué d'un matériau diélectrique transparent ou un matériau électriquement conducteur, un film réflecteur formé sur celui-ci et un réseau de diffraction optique formé sur le film réflecteur. Le capteur comprend un mécanisme d'éclairage à lumière qui éclaire le film réfléchissant à travers le substrat transparent, et un mécanisme de détection de lumière pour détecter la lumière réfléchie par le film de réflexion. La détection est effectuée en détectant les variations de l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée, ou le décalage de l'angle de résonance qui se produisent lorsque le spécimen est adsorbé ou déposé sur la surface du guide d'onde. The present invention aims to solve the problems described above, and proposes a chip having a dielectric medium with a periodic structure (see Fig. 2). This diffraction grating type structure made in the dielectric medium serving as a guide is stable and easy to perform, it is able to detect, without marking, small amounts of specimen with higher resolution than that of the art technology. prior art that uses the optical waveguide mode, and also provides a chip for the sensor. The diffraction grating sensor of the present invention utilizes a chip that comprises a substrate of a transparent dielectric material or an electrically conductive material, a reflective film formed thereon, and an optical diffraction grating formed on the reflective film. The sensor includes a light illumination mechanism that illuminates the reflective film through the transparent substrate, and a light detection mechanism for detecting light reflected from the reflection film. The detection is performed by detecting changes in the intensity of the reflected or diffracted light, or the shift in the resonance angle that occur when the specimen is adsorbed or deposited on the surface of the waveguide.
Le réseau de diffraction optique a une hauteur dans une plage allant de 60 nm à 2 μιη. La période du réseau de diffraction est dans une plage allant de 0,2 μηι à 2 μιη. Le taux de remplissage (rapport entre la taille et le pas de période) du réseau de diffraction est dans une plage de 0,05 à 0,95. The optical diffraction grating has a height in a range from 60 nm to 2 μιη. The period of the diffraction grating is in a range from 0.2 μηι to 2 μιη. The fill ratio (ratio of size to period pitch) of the diffraction grating is in the range of 0.05 to 0.95.
Le film réflecteur est un film métallique mince choisis parmi les métaux du tableau périodique et des alliages de ces métaux, ou d'un matériau semi-conducteur. Le matériau semi-conducteur peut être un semi-conducteur constitué d'un élément unique tel que Si ou Ge ou un semi-conducteur composé, et le type de conductivité de celui-ci peut être soit de type n, de type p ou à semiconducteur intrinsèque. Le réseau de diffraction optique a une hauteur adéquate pour permettre le couplage du mode guidée. The reflective film is a thin metal film selected from the metals of the periodic table and alloys of these metals, or a semiconductor material. The semiconductor material may be a semiconductor consisting of a single element such as Si or Ge or a compound semiconductor, and the conductivity type thereof may be either n-type, p-type or intrinsic semiconductor. The optical diffraction grating has a height suitable for coupling the guided mode.
Un groupe de reconnaissance moléculaire est chimiquement modifiée sur la surface du réseau de diffraction. L'un quelconque d'un groupe amino hydroxyle, carboxyle, aldéhyde, isothiocyanate, succinimide, biotinyle, méthyle et fluorométhyle est chimiquement modifié en tant que le groupe de reconnaissance moléculaire. Tout groupe de reconnaissance moléculaire décrite ci-dessus est utilisé de préférence sans aucune limitation. A molecular recognition group is chemically modified on the surface of the diffraction grating. Any of a hydroxyl, carboxyl, aldehyde, isothiocyanate, succinimide, biotinyl, methyl and fluoromethyl amino group is chemically modified as the molecular recognition group. Any molecular recognition group described above is preferably used without any limitation.
La lumière incidente est p-polarisée ou s-polarisé et la lumière réfléchie ou diffractée sont détectée. Le substrat peut avoir une configuration de plaque. La surface du substrat sur le côté opposé à la surface où le réseau de diffraction optique de la puce est formé est mise en contact avec un prisme optique par l'intermédiaire de l'huile d'indice de réfraction correspondant. Le substrat peut être le coté d'un prisme.
Quand la lumière polarisée p ou s pénètre dans le prisme optique avec un angle d'incidence par rapport à l'axe central du prisme, l'angle d'incidence de la lumière est fixé à proximité de l'angle de résonnance, et l'intensité de la lumière réfléchie est mesurée. La mesure est réalisée sur l'épaisseur du film, le poids, la taille ou la constante diélectrique relative d'une molécule, un ion ou un groupe de molécules qui sont sélectivement adsorbés ou chimiquement par des liaisons avec un groupe de reconnaissance moléculaire accroché sur la surface du guide optique en question, dans un gaz ou un liquide. The incident light is p-polarized or s-polarized and the reflected or diffracted light is detected. The substrate may have a plate configuration. The surface of the substrate on the side opposite the surface where the optical diffraction grating of the chip is formed is brought into contact with an optical prism through the oil of corresponding refractive index. The substrate may be the side of a prism. When the polarized light penetrates into the optical prism at an angle of incidence with respect to the central axis of the prism, the angle of incidence of the light is set near the resonance angle, and the Intensity of the reflected light is measured. The measurement is made on the thickness of the film, the weight, the size or the relative dielectric constant of a molecule, an ion or a group of molecules which are selectively adsorbed or chemically bound to a molecular recognition group attached to the surface of the optical guide in question, in a gas or a liquid.
Le capteur à réseau de diffraction de la présente invention utilise une puce capteur qui consiste en un milieu diélectrique périodique fabriqué dans un diélectrique qui recouvre un film de métal pour détecter un spécimen en utilisant le mode optique guidé du milieu diélectrique périodique (ou réseau de diffraction) de la puce. The diffraction grating sensor of the present invention utilizes a sensor chip which consists of a periodic dielectric medium fabricated in a dielectric which covers a metal film to detect a specimen using the guided optical mode of the periodic dielectric medium (or diffraction grating). ) of the chip.
La présente invention permet de fabriquer un capteur qui présente une sensibilité et une stabilité élevées, en utilisant un réseau de diffraction optique formé essentiellement d'une matière organique, du verre, un polymère ou un matériau transparent, où les réseaux de diffraction optiques ont une épaisseur de 60 nm à 2 μιη qui est optimum pour un procédé de lithographie. De plus, il est possible de détecter des spécimen, sans marquage, et avec une résolution plus élevée que celle de la technologie de l'art antérieur. The present invention makes it possible to manufacture a sensor which has a high sensitivity and stability, by using an optical diffraction grating consisting essentially of an organic material, glass, a polymer or a transparent material, where the optical diffraction gratings have a thickness of 60 nm to 2 μιη which is optimum for a lithography process. In addition, it is possible to detect specimens, without marking, and with a resolution higher than that of the technology of the prior art.
Description des dessins Description of the drawings
Fig. 1 montre un exemple de la configuration optique classique pour induire le mode de guide d'onde optique. Fig. 1 shows an example of the conventional optical configuration for inducing the optical waveguide mode.
Fig. 2 représente une structure de puce, dans lequel un mode de guide d'ondes optique est induit. Fig. 2 represents a chip structure, in which an optical waveguide mode is induced.
Fig. 3 montre un exemple de montage optique pour induire le mode de guide d'onde optique dans un réseau de diffraction. Fig. 3 shows an example of an optical arrangement for inducing the optical waveguide mode in a diffraction grating.
Fig. 4 un graphique montrant une dépendance de l'intensité relative de 0e ordre de diffraction réfléchie (a) et de l'intensité relative de première ordre de diffraction-transmis (b) de la lumière diffracté polarisée S, de 633 nm de la longueur d'onde, de l'angle d'incidence normale à la surface du réseau de diffraction et ayant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), la période de 600 nm, la hauteur de 930 nm, la taille de pas de 300 nm pour les indices de réfractions des
milieux de détections de 1,331 et 1,333. Où le dispositif utilise un substrat de verre présentant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), un film d'absorption formé à partir d'or ayant une épaisseur de 20 nm. Fig. 4 a graph showing a dependence of the relative intensity of 0 th reflected diffraction order (a) and the diffraction-transmitted first order relative intensity (b) of the S-polarized diffracted light, 633 nm of the length of the wave angle of incidence normal to the surface of the diffraction grating and having a refractive index of polycarbonate (1.578), the period of 600 nm, the height of 930 nm, the step size of 300 nm for refractive indices of detection media of 1.331 and 1.333. Where the device uses a glass substrate having a polycarbonate refractive index (1.578), an absorption film formed from gold having a thickness of 20 nm.
Fig. 5 est un graphique montrant une dépendance de l'intensité relative du Oème ordre de diffraction réfléchi (a) et de l'intensité relative de deuxième ordre de diffraction, transmettre (b) de la lumière polarisée S diffracté de 633 nm de la longueur d'onde, de l'angle d'incidence normale à la surface du réseau de diffraction et ayant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), la période de 600 nm, la hauteur de 1300 nm, la taille de pas de 300 nm pour les indices de réfractions des milieux de détections de 1,331 et 1,333. Où le dispositif utilise un substrat de verre présentant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), un film d'absorption formé à partir d'or ayant une épaisseur de 20 nm. Fig. 5 is a graph showing a dependence of the relative intensity of the reflected O th diffraction order (a) and the second diffraction order relative intensity, transmitting (b) diffracted polarized S light of 633 nm of the length of d wave, the angle of incidence normal to the surface of the diffraction grating and having a refractive index of polycarbonate (1.578), the period of 600 nm, the height of 1300 nm, the step size of 300 nm for the refractive indices of the detection media of 1.331 and 1.333. Where the device uses a glass substrate having a polycarbonate refractive index (1.578), an absorption film formed from gold having a thickness of 20 nm.
Fig. 6 un graphique montrant une dépendance de l'intensité relative de 0e ordre de diffraction réfléchie (a) et de l'intensité relative de première ordre de diffraction-transmis (b) de la lumière diffracté polarisée S de 633 nm de longueur d'onde, de l'angle d'incidence normale à la surface du réseau de diffraction , ayant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), la période de 400 nm, la taille de 870 nm, la taille de pas de 200 nm pour les indices de réfractions des milieux de détections de 1,331 et 1,333. Où le dispositif utilise un substrat de verre présentant un indice de réfraction de polycarbonate (1,578), un film d'absorption formé à partir d'or ayant une épaisseur de 20 nm. Fig. 6 a graph showing a dependence of the relative intensity of the reflected diffraction order (a) and the diffraction-transmitted first order relative intensity (b) of the S-polarized diffracted light of 633 nm wavelength , the angle of incidence normal to the surface of the diffraction grating, having a refractive index of polycarbonate (1.578), the period of 400 nm, the size of 870 nm, the step size of 200 nm for the indices refractions of the detection media of 1.331 and 1.333. Where the device uses a glass substrate having a polycarbonate refractive index (1.578), an absorption film formed from gold having a thickness of 20 nm.
Mode de réalisation Mode of realization
Maintenant, la présente invention va être décrite en référence aux dessins annexés. La description qui suit est destinée à aider à mieux comprendre la présente invention, et n'est pas destiné à la limiter. Par conséquent, les modifications des modes de réalisation, et d'autres exemples basés sur le concept technologique de la présente invention y sont incluses. Now, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following description is intended to help better understand the present invention, and is not intended to limit it. Therefore, modifications of the embodiments, and other examples based on the technological concept of the present invention are included therein.
Comme décrit ci-dessus, la présente invention utilise un mode de guide d'onde optique dans le réseau de diffraction optique pour améliorer la sensibilité de la puce. Fig. 2 représente un substrat qui supporte le mode de guide d'onde optique utilisée dans la présente invention, à savoir la
structure d'une puce de capteur à réseau de diffraction. La puce de la figure 2 a une structure de réseau de diffraction formé dans celui-ci. La puce de capteur de réseau de diffraction contient un film réflecteur formé sur la surface supérieure d'un substrat de verre, et un réseau de diffraction formé sur celui-ci. Lorsque la lumière entre par le côté du verre où le réseau de diffraction de la puce n'est pas formé, et dans des conditions particulières, une partie ou la totalité de la lumière incidente se propage dans la couche du réseau de diffraction. Pour le substrat, on peut utliser le verre, ou un matériau diélectrique transparent tel que du plastique (résine), de la céramique, ou un isolant transparent, ou un matériau électriquement conducteur transparent tel que ITO. As described above, the present invention utilizes an optical waveguide mode in the optical diffraction grating to enhance the sensitivity of the chip. Fig. 2 shows a substrate that supports the optical waveguide mode used in the present invention, namely the structure of a diffraction grating sensor chip. The chip of Figure 2 has a diffraction grating structure formed therein. The diffraction grating sensor chip contains a reflective film formed on the upper surface of a glass substrate, and a diffraction grating formed thereon. When light enters from the side of the glass where the diffraction grating of the chip is not formed, and under particular conditions, some or all of the incident light propagates in the diffraction grating layer. For the substrate, it is possible to use the glass, or a transparent dielectric material such as plastic (resin), ceramic, or a transparent insulator, or a transparent electrically conductive material such as ITO.
Lorsque la lumière est introduite depuis le côté en verre dans la puce, ayant la structure décrite ci- dessus, l'intensité de la lumière réfléchie change brusquement si l'angle d'incidence a une valeur particulière (angle de resonnance). Un exemple typique où la lumière réfléchie montre une forte diminution sera décrit ci-dessous en référence à la figure. 3. When light is introduced from the glass side into the chip, having the structure described above, the intensity of the reflected light changes abruptly if the angle of incidence has a particular value (resonance angle). A typical example where the reflected light shows a sharp decrease will be described below with reference to the figure. 3.
Fig. 3 montre une relation entre l'intensité de la lumière réfléchie et l'angle d'incidence de la lumière lorsque la lumière est incidente sur un empillement comportant un prisme déposé sur le côté du verre de la puce de figure 2, à savoir du côté où le réseau de diffraction n'est pas formée. Figure 3 montre trois diminutions ou des creux, de l'intensité de la lumière réfléchie. Ces diminutions de l'intensité de la lumière réfléchie a principalement deux causes. La première est la résonance plasmonique de surface décrite précédemment, et le plongeon dans l'intensité de la lumière réfléchie à un angle d'incidence θ0 sur la figure 3 est provoqué par la résonance plasmonique de surface. La résonance de plasmon de surface se produit quand un métal ayant une constante diélectrique relative négative, en particulier un métal noble, est utilisé en tant que film réflecteur, même quand il n'y a pas de réseau de diffraction optique. La diminution de la lumière réfléchie en raison de la résonance plasmonique de surface se produit lorsque la lumière incidente est polarisée p, mais ne se produit pas lorsque la lumière incidente est polarisée s. Fig. 3 shows a relation between the intensity of the reflected light and the angle of incidence of the light when the light is incident on a stack having a prism deposited on the side of the glass of the chip of Figure 2, namely on the side where the diffraction grating is not formed. Figure 3 shows three decreases or dips, the intensity of the reflected light. These decreases in the intensity of reflected light have two main causes. The first is the surface plasmon resonance described previously, and the dip in the intensity of light reflected at an angle of incidence θ 0 in Figure 3 is caused by surface plasmon resonance. Surface plasmon resonance occurs when a metal having a negative relative dielectric constant, particularly a noble metal, is used as the reflective film, even when there is no optical diffraction grating. The decrease in reflected light due to surface plasmon resonance occurs when the incident light is polarized p, but does not occur when the incident light is polarized s.
Les autres baisses de l'intensité de la lumière réfléchie représenté sur la figure. 3 sont dus aux modes de guide d'ondes optique, et correspondent à des creux à angles d'incidence 9m (m = 1, 2). Ces types de plonge dans l'intensité de la lumière réfléchie ne se produisent pas quand il n'y a pas de réseau de diffraction optique représenté sur la figure. 2, ou lorsque la hauteur du réseau de diffraction optique est faible. La hauteur minimale du réseau de diffraction optique qui permet le couplage du mode de guide d'ondes optique à se développer dépend de la polarisation de la
lumière. Il peut-être faible pour un réseau de diffraction a un indice de réfraction élevé, ou lorsque la lumière a une longueur d'onde courte. En revanche, lorsque le réseau de diffraction optique a un indice de réfraction faible ou quand la lumière a une longueur d'onde élevée, un réseau de hauteur supérieure est requis. The other drops in the intensity of the reflected light shown in the figure. 3 are due to the optical waveguide modes, and correspond to angles of incidence 9 m (m = 1, 2). These types of plunges into the intensity of the reflected light do not occur when there is no optical diffraction grating shown in the figure. 2, or when the height of the optical diffraction grating is small. The minimum height of the optical diffraction grating that allows the coupling of the optical waveguide mode to develop depends on the polarization of the optical grating. light. It may be weak for a diffraction grating at a high refractive index, or when the light has a short wavelength. On the other hand, when the optical diffraction grating has a low refractive index or when the light has a high wavelength, an array of greater height is required.
Par exemple, un mode guidé peut-être couplé dans la structure suivante : le réseau de diffraction a un indice de réfraction d'environ 1,578 ; la lumière polarisée s dans la région visible ; le réseau de diffraction a un facteur de remplissage (rapport de la taille au pas de la période) de 0,5 ; une période d'environ 400 nm ; et une épaisseur d'environ 870 nm ou plus. For example, a guided mode may be coupled in the following structure: the diffraction grating has a refractive index of about 1.578; polarized light s in the visible region; the diffraction grating has a fill factor (ratio of the size to the pitch of the period) of 0.5; a period of about 400 nm; and a thickness of about 870 nm or more.
Le mode de guide d'ondes optique d'un guide d'onde optique peut être excité et simultanément extraite par l'introduction d'un élément d'adaptation de phase, par exemple un réseau de diffraction ou un prisme. Ces modes guidés sont également appelés «modes de fuite», comme ils ne restent pas guidée. The optical waveguide mode of an optical waveguide may be excited and simultaneously extracted by the introduction of a phase matching element, for example a diffraction grating or a prism. These guided modes are also called "leak modes", as they do not stay guided.
La puce utilisée dans la présente invention a une structure telle que représentée sur la figure 2, dans laquelle un film réflecteur formé est déposé sur un substrat de verre, et un réseau de diffraction est formée. A la résonance, l'énergie lumineuse est redistribuée entre les ordres de diffraction de réflexion et de transmission du réseau de diffraction optique. Ces conditions de la résonance comprennent l'angle, la fréquence (longueur d'onde), et la polarisation de la lumière incidente. A la résonance, il ya aussi une intensité beaucoup plus élevée dans la région de réseau de diffraction optique. La lumière étant confiné à l'intérieur du réseau de diffraction optique et se propage dans celui-ci est en mode guidé. The chip used in the present invention has a structure as shown in Fig. 2, wherein a formed reflective film is deposited on a glass substrate, and a diffraction grating is formed. At resonance, the light energy is redistributed between the diffraction orders of reflection and transmission of the optical diffraction grating. These resonance conditions include angle, frequency (wavelength), and polarization of incident light. At resonance, there is also a much higher intensity in the optical diffraction grating region. The light being confined within the optical diffraction grating and propagating therein is in guided mode.
Figure. 3, shematise la configuration Kretschmann (une structure consistant en un prisme, une plaque de verre et un film réflecteur qui sont en contact les uns avec les autres) qui est utilisée dans les systèmes de détection optiques classiques de résonance plasmonique de surface. Dans le détecteur de réseau de diffraction de la présente invention, un réseau de diffraction est ajouté à la surface du film réflecteur. Lorsque la lumière est introduite à travers une plaque de polariseur et le prisme à entrer sur le côté du verre sur le film réflecteur, la lumière incidente est couplée avec le mode de guide d'ondes optique du réseau de diffraction dans la condition de resonnance, résultant ainsi en une variation de l'intensité réfléchie de ou la lumière diffractée. L'intensité de la
lumière réfléchie ou diffractée par le réseau de diffraction optique est détectée par un détecteur. FIG. 3, shematizes the Kretschmann pattern (a structure consisting of a prism, a glass plate and a reflective film which are in contact with one another) which is used in conventional optical surface plasmon resonance detection systems. In the diffraction grating detector of the present invention, a diffraction grating is added to the surface of the reflective film. When the light is introduced through a polarizer plate and the prism to enter the side of the glass on the reflective film, the incident light is coupled with the optical waveguide mode of the diffraction grating in the resonance condition, thus resulting in a variation of the reflected intensity of or diffracted light. The intensity of the light reflected or diffracted by the optical diffraction grating is detected by a detector.
Ainsi, la variation de l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée en raison des effets de transition d'énergie entre le mode de guide d'ondes optique et la lumière incidente peut être détectée avec un système optique semblable à la configuration de Kretschmann. Par conséquent, la présente invention utilise ce système optique. Le prisme optique peut être de tout type, comme un prisme ou un prisme cylindrique semi-sphère, ainsi que le prisme triangulaire représenté sur le diagramme. Le prisme optique présente un moyen pour changer le vecteur d'onde de la lumière incidente en vecteur d'onde du mode guidée pour assurer le couplage entre les deux types de lumière. D'autres exemples de diverses caractéristiques de la lumière réfléchie ou diffractée due au couplage du mode guide d'onde optique et la lumière incidente seront décrits. Thus, the variation of the intensity of the reflected or diffracted light due to the energy transition effects between the optical waveguide mode and the incident light can be detected with an optical system similar to the Kretschmann configuration. Therefore, the present invention uses this optical system. The optical prism can be of any type, such as a semi-spherical cylindrical prism or prism, as well as the triangular prism shown in the diagram. The optical prism has a means for changing the wave vector of the incident light into a guided mode wave vector to provide coupling between the two types of light. Other examples of various characteristics of the reflected or diffracted light due to the coupling of the optical waveguide mode and the incident light will be described.
Le comportement le plus connu est un phénomène que l'intensité de la lumière réfléchie diminue fortement lorsque l'angle d'incidence prend une valeur particulière. Un exemple de ce phénomène est illustré sur la figure. 4. Fig. 4A comprend les graphes montrant la dépendance de l'intensité de la lumière réfléchie sur l'angle d'incidence de la lumière lorsque la lumière polarisée s de 633 nm est incidente sur un dispositif qui utilise un substrat en verre formé à partir de polycarbonate (PC) ayant un indice de réfraction de 1,578, un film réflecteur formé à partir d'or ayant une épaisseur de 20 nm et un réseau de diffraction optique diélectrique formé à partir de PC ayant une hauteur de 930 nm, une période de 600 nm, un facteur de remplissage de 0,5. On suppose ici que la surface du réseau de diffraction optique est immergé dans l'eau ayant un indice de réfraction n de 1,331 à 30 ° C de la température (trait plein) et dans l'eau ayant un indice de réfraction n de 1,333 par 0 ° C de la température. Comme on peut le voir sur la figure. 4A, diminue l'intensité de la lumière réfléchie (creux) fortement à un angle d'incidence particulier de 65,0 ° (n = 1,331) et 65,09 ° (n = 1,333). La sensibilité du capteur angulaire réseau de diffraction, où est l'angle de résonance. Largeur à mi-hauteur (FWHM) de la courbe de résonance est de 0,11 °. Il peut également se produire un tel cas que l'intensité de la lumière diffractée augmente fortement à un angle d'incidence particulier. Un exemple d'un tel cas est représenté sur la figure. 4B. Fig. La figure 4B est un graphique montrant la relation entre l'intensité de diffraction d'ordre -1 de transmission et l'angle de diffraction d'ordre -1 transmis. Comme on peut le voir sur la figure. 4B, l'intensité de diffraction d'ordre -1 transmis augmente fortement à des angles proches de -30,75 ° (n = 1,331) et -30,6 ° (n = 1,333). Sensibilité angulaire du capteur à réseau de diffraction. La pleine description est 0,064 °.
Un autre exemple d'un tel phénomène est illustré sur la figure. 5. Fig. 5A comprend les graphes montrant la dépendance de l'intensité de la lumière réfléchie sur l'angle d'incidence de la lumière par un réseau de diffraction optique diélectrique formé à partir de PC ayant une hauteur de 1300 nm, une période de 600 nm, un facteur de remplissage de 0,5 par mêmes conditions que celles considérées dans l'exemple précédent. Comme on peut le voir sur la figure. 5A, diminue l'intensité de la lumière réfléchie (creux) fortement à un angle d'incidence particulier de l'ordre de 66,01 ° (n = 1,331) et 66,1 ° (n = 1,333). Sensibilité angulaire du capteur à réseau de diffraction. Largeur totale à mi-hauteur de la courbe de résonance est de 0,06 °. Fig. 5B est un graphique montrant la relation entre l'intensité de l'ordre de diffraction -2 transmis et l'angle de -2 ordre de diffraction transmise. Comme on peut le voir sur la figure. 5B, l'intensité de diffraction d'ordre -2 transmis augmente fortement à des angles proches de -30,1 ° (n = 1,331) et -30,03 ° (n = 1,333). Sensibilité angulaire du capteur à réseau de diffraction. FWH est 0,037 °. The best known behavior is a phenomenon that the intensity of the reflected light decreases sharply when the angle of incidence takes on a particular value. An example of this phenomenon is illustrated in the figure. 4. Fig. 4A includes graphs showing the dependence of the intensity of reflected light on the angle of incidence of light when the 633 nm polarized light is incident on a device that uses a glass substrate formed from polycarbonate ( PC) having a refractive index of 1.578, a reflective film formed from gold having a thickness of 20 nm and a dielectric optical diffraction grating formed from PC having a height of 930 nm, a period of 600 nm, a filling factor of 0.5. It is assumed here that the surface of the optical diffraction grating is immersed in water having a refractive index n of 1.331 at 30 ° C of the temperature (solid line) and in water having a refractive index n of 1.333 by 0 ° C of the temperature. As can be seen in the figure. 4A, decreases the intensity of the reflected light (hollow) strongly at a particular angle of incidence of 65.0 ° (n = 1.331) and 65.09 ° (n = 1.333). The sensitivity of the diffraction grating angle sensor, where is the resonance angle. Width at half height (FWHM) of the resonance curve is 0.11 °. It can also occur such a case that the intensity of the diffracted light increases sharply at a particular angle of incidence. An example of such a case is shown in the figure. 4B. Fig. Fig. 4B is a graph showing the relationship between the transmission order -1 diffraction intensity and the transmitted order -1 diffraction angle. As can be seen in the figure. 4B, the diffraction intensity of transmitted order -1 increases strongly at angles close to -30.75 ° (n = 1.331) and -30.6 ° (n = 1.333). Angular sensitivity of the diffraction grating sensor. The full description is 0.064 °. Another example of such a phenomenon is illustrated in the figure. 5. Fig. 5A comprises the graphs showing the dependence of the intensity of the light reflected on the incident angle of light by a dielectric optical diffraction grating formed from PC having a height of 1300 nm, a period of 600 nm, a filling factor of 0.5 under the same conditions as those considered in the previous example. As can be seen in the figure. 5A, decreases the intensity of the reflected light (hollow) strongly at a particular incidence angle of the order of 66.01 ° (n = 1.331) and 66.1 ° (n = 1.333). Angular sensitivity of the diffraction grating sensor. Total width at mid-height of the resonance curve is 0.06 °. Fig. 5B is a graph showing the relationship between the intensity of the transmitted diffraction order -2 and the transmitted diffraction order angle. As can be seen in the figure. 5B, the diffraction intensity of -2 transmitted order strongly increases at angles close to -30.1 ° (n = 1.331) and -30.03 ° (n = 1.333). Angular sensitivity of the diffraction grating sensor. FWH is 0.037 °.
Un autre exemple d'un tel phénomène est illustré sur la figure. 6. Fig. 6A comprend les graphes montrant la dépendance de l'intensité de la lumière réfléchie sur l'angle d'incidence de la lumière par un réseau de diffraction optique diélectrique formé à partir de PC ayant une hauteur de 870 nm, une période de 400 nm, un facteur de remplissage de 0,5 par mêmes conditions que celles considérées dans les exemples précédents. Comme on peut le voir sur la figure. 5A, diminue l'intensité de la lumière réfléchie (creux) fortement à un angle d'incidence particulier de l'ordre de 64,55 ° (n = 1,331) et 64,55 ° (n = 1,333). Sensibilité angulaire du capteur à réseau de diffraction. Largeur totale à mi-hauteur de la courbe de résonance est de 0,14 °. Fig. La figure 5B est un graphique montrant la relation entre l'intensité de diffraction d'ordre -1 de transmission et l'angle de diffraction d'ordre -1 transmis. Comme on peut le voir sur la figure. 5B, l'intensité de diffraction d'ordre -1 transmis augmente fortement à des angles proches de -6,82 ° (n = 1,331) et -6,76 ° (n = 1,333). Sensibilité angulaire du capteur à réseau de diffraction. FWHM est 0,0665 °. Another example of such a phenomenon is illustrated in the figure. 6. Fig. 6A comprises the graphs showing the dependence of the intensity of the light reflected on the angle of incidence of light by a dielectric optical diffraction grating formed from PC having a height of 870 nm, a period of 400 nm, a filling factor of 0.5 under the same conditions as those considered in the preceding examples. As can be seen in the figure. 5A, decreases the intensity of the reflected light (hollow) strongly at a particular incidence angle of the order of 64.55 ° (n = 1.331) and 64.55 ° (n = 1.333). Angular sensitivity of the diffraction grating sensor. Total width at mid-height of the resonance curve is 0.14 °. Fig. Fig. 5B is a graph showing the relationship between the transmission order -1 diffraction intensity and the transmitted order -1 diffraction angle. As can be seen in the figure. 5B, the transmitted order -1 diffraction intensity increases strongly at angles close to -6.82 ° (n = 1.331) and -6.76 ° (n = 1.333). Angular sensitivity of the diffraction grating sensor. FWHM is 0.0665 °.
De cette façon, l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée indique des changements importants lorsque les couples de lumière incidente avec le mode de guide d'ondes optique du réseau de diffraction optique. In this way, the intensity of the reflected or diffracted light indicates significant changes when the light torques incident with the optical waveguide mode of the optical diffraction grating.
Le nombre de modes de guide d'ondes optiques n'est pas limité à une, et varie en fonction de la longueur d'onde de la lumière qui se propage, l'état de polarisation, période, taux de remplissage, taille et indice de réfraction du matériau de réseau de diffraction optique. En général, le mode de
guide d'ondes optique ne pas apparaître dans un réseau de diffraction optique avec une hauteur très faible. Tandis que le mode de guide d'ondes optique apparaît comme le réseau de diffraction optique devient plus élevée, le réseau de diffraction optique ayant un faible indice de réfraction et à faible facteur de remplissage doit être plus élevée pour avoir le mode de guide d'ondes optique. Le mode de guide d'ondes optique apparaît dans un réseau de diffraction optique relativement faible lorsque l'indice de réfraction et coefficient de remplissage est élevé. Tandis que le mode de guide d'ondes optique apparaît comme la hauteur du réseau de diffraction optique est augmenté, le mode de guide d'ondes optique qui apparaît en premier est appelé mode premier guide d'onde optique, le mode de guide d'ondes optique qui apparaît ensuite que l'on augmente la hauteur du guide d'ondes est appelée deuxième optique mode, et ainsi de suite. Comme la hauteur augmente, les modes de guides d'ondes optiques apparaissent plus comme 3ème et 4ème. The number of optical waveguide modes is not limited to one, and varies depending on the wavelength of the light that propagates, the state of polarization, period, fill rate, size, and index of refraction of the optical diffraction grating material. In general, the mode of Optical waveguide does not appear in an optical diffraction grating with a very small height. While the optical waveguide mode appears as the optical diffraction grating becomes higher, the optical diffraction grating having a low refractive index and low fill factor must be higher to have the guide mode of the optical diffraction grating. optical waves. The optical waveguide mode appears in a relatively weak optical diffraction grating when the refractive index and fill coefficient is high. While the optical waveguide mode appears as the height of the optical diffraction grating is increased, the optical waveguide mode that appears first is called the first optical waveguide mode, the guide mode of the optical waveguide Optical wave which then appears as one increases the height of the waveguide is called second optical mode, and so on. As the pitch increases, the optical waveguide modes appear more like 3rd and 4th.
Ainsi que le réseau de diffraction optique augmente, l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée présente une première variation due au couplage de la première mode de guide d'ondes optique et la lumière incidente. Que le réseau de diffraction est en outre supérieure, l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée présente une variation due au couplage de mode de guide d'ondes optique deuxième et la lumière incidente. Que le réseau de diffraction est en outre supérieur, l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée présente une variation due au couplage de mode de guide d'ondes optiques d'ordre supérieur et la lumière incidente. As the optical diffraction grating increases, the intensity of the reflected or diffracted light exhibits a first variation due to the coupling of the first optical waveguide mode and the incident light. That the diffraction grating is furthermore superior, the intensity of the reflected or diffracted light exhibits a variation due to the second optical waveguide mode coupling and the incident light. That the diffraction grating is furthermore higher, the intensity of the reflected or diffracted light exhibits a variation due to the coupling of higher order optical waveguide mode and the incident light.
L'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée change de manière significative due au couplage de mode de guide d'ondes optique et la lumière incidente, comme décrit précédemment. L'angle selon lequel l'intensité de la lumière change de manière significative réfléchi ou diffracté et l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée sont fortement affectées par la variation de la constante diélectrique relative de la surface de réseau de diffraction optique. En conséquence, lorsqu'une substance est adsorbée, déposés ou autrement attache à la surface du réseau de diffraction optique, l'intensité de la lumière réfléchie changement ou diffractée. Le capteur de réseau de diffraction des sens de ce changement présente invention pour déterminer la présence d'une substance donnée et la quantité de la substance. The intensity of the reflected or diffracted light changes significantly due to the optical waveguide mode coupling and the incident light, as previously described. The angle at which the intensity of the light changes significantly reflected or diffracted and the intensity of the reflected or diffracted light are strongly affected by the change in the relative dielectric constant of the optical diffraction grating surface. As a result, when a substance is adsorbed, deposited or otherwise attached to the surface of the optical diffraction grating, the intensity of the light reflected change or diffracted. The diffraction grating sensor senses this change to determine the presence of a given substance and the amount of the substance.
Le capteur à réseau de diffraction peut également être utilisé pour l'évaluation de l'indice de réfraction et de l'épaisseur de la couche mince qui est formée sur la surface de réseau de diffraction optique.
L'indice de réfraction de préférence de la matière du substrat est dans la plage de 1,4 à 2,2, de préférence de 1,5 à 1,8. The diffraction grating sensor can also be used for the evaluation of the refractive index and the thickness of the thin film which is formed on the optical diffraction grating surface. The refractive index of the substrate material preferably is in the range of 1.4 to 2.2, preferably 1.5 to 1.8.
La hauteur du réseau de diffraction optique est de préférence non inférieure à 60 nm et non supérieure à environ 2 μηι. Comme décrit précédemment, une hauteur d'un tel niveau permet des changements dans l'intensité de la lumière réfléchie ou diffractée provoquée par le mode de guide d'onde optique à être observée de manière satisfaisante. Mettre les résultats de réseau de diffraction optique supérieur dans les écarts de forme et les dimensions de la grille et augmente l'erreur possible en hauteur de la grille doit être formée. The height of the optical diffraction grating is preferably not less than 60 nm and not greater than about 2 μηι. As previously described, a height of such a level allows changes in the intensity of the reflected or diffracted light caused by the optical waveguide mode to be observed satisfactorily. Putting the higher optical diffraction grating results in the shape gaps and dimensions of the grid and increases the possible error in height of the grid must be formed.
Il existe des limites quant à la taille caractéristique et la période du réseau de diffraction optique qui peut être formée sur la surface du film réfléchissant. Et il n'est pas pratique pour former les nervures par rapport de la hauteur de la grille pour la période du réseau supérieur à 5, car il est nécessaire de contrôler la forme et la taille côtes très stricte. Dans la pratique, il est supposé que réseau de diffraction qui peut être facilement formé avec la technologie actuelle sont limitées à environ 200 nm dans la période, 2 μιη de hauteur et environ 5 dans le rapport de la hauteur de la grille pour la période du réseau. There are limitations as to the characteristic size and period of the optical diffraction grating that can be formed on the surface of the reflective film. And it is not practical to form the ribs in relation to the height of the grid for the period of the network greater than 5, because it is necessary to control the shape and size very strict ribs. In practice, it is assumed that diffraction grating that can be easily formed with current technology are limited to about 200 nm in the period, 2 μιη in height and about 5 in the ratio of the height of the grid for the period of network.
Le film réflecteur peut être formé à partir d'un matériau qui est chimiquement et physiquement stable choisi parmi les métaux, les alliages de ces métaux, matières semi-conductrices. The reflective film may be formed from a material that is chemically and physically stable selected from metals, alloys of these metals, semiconductor materials.
Applications industrielles : Industrial applications:
La présente invention, telle que décrite ci-dessus, utilise le mode de guide d'ondes optique du réseau de diffraction, et fournit un effet remarquable sur l'amélioration de la sensibilité de la détection, ce qui permet de détecter un plus petit échantillon avec une plus grande sensibilité et la reproductibilité sans utiliser d'étiquetage que dans le cas de la technologie de l'art antérieur qui utilise la résonance plasmonique de surface et le mode de guide d'ondes optique. Le capteur de réseau de diffraction de la présente invention est applicable dans des domaines tels que la médecine, le développement de nouveaux médicaments, de denrées alimentaires et de l'environnement, à être utilisé en tant que biocapteur qui détecte l'ADIM, les protéines, les chaînes de sucre ou analogue, et un capteur qui détecte la substance chimique des ions métalliques, des molécules organiques ou analogues. Le capteur de réseau de diffraction de la présente invention est également applicable à un capteur de films minces et d'un instrument pour mesurer des il
propriétés des matériaux en couches minces, comme il est possible de mesurer l'indice de réfraction, des propriétés et de la constante diélectrique relative d'une autre couche mince formée sur la surface de réseau de diffraction. The present invention, as described above, utilizes the optical waveguide mode of the diffraction grating, and provides a remarkable effect on improving the sensitivity of the detection, thereby detecting a smaller sample with greater sensitivity and reproducibility without using labeling than in the case of prior art technology that uses surface plasmon resonance and optical waveguide mode. The diffraction grating sensor of the present invention is applicable in fields such as medicine, the development of new drugs, foodstuffs and the environment, to be used as a biosensor that detects ADIM, proteins , sugar chains or the like, and a sensor which detects the chemical substance of metal ions, organic molecules or the like. The diffraction grating sensor of the present invention is also applicable to a thin film sensor and an instrument for measuring properties of thin-film materials, as it is possible to measure the refractive index, properties and the relative dielectric constant of another thin film formed on the diffraction grating surface.
Bien que la présente invention ait été particulièrement représentée et décrite en référence aux exemples de réalisation de celui-ci, il sera compris par l'homme de l'art que divers changements de forme et de détails peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit de la présente invention telle que définie par les revendications suivantes.
Although the present invention has been particularly shown and described with reference to the exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in shape and detail can be made without departing from the spirit of the present invention as defined by the following claims.
Claims
1. Un capteur de réseau de diffraction comprenant: une puce pourvue d'un substrat formé à partir d'un matériau diélectrique transparent ou transparent un matériau électriquement conducteur, un film réflecteur formé sur le substrat, et un réseau de diffraction optique formé sur le film réflecteur, le réseau de diffraction ayant une motif de réseau de diffraction un intervalle prédéterminé et une hauteur de réseau prédéterminé pour diffracter la lumière dans un angle prédéterminé, un mécanisme d'introduction de lumière qui introduit de la lumière à partir du côté substrat de la puce sur le film réflecteur, et un mécanisme de détection de lumière qui détecte la la lumière réfléchie sur le film réflecteur, dans lequel un échantillon à l'étude est détecté par détection d'une variation de l'angle d'incidence ou de l'intensité de la lumière réfléchie qui se produit lorsque l'échantillon est adsorbé ou déposé sur une surface du réseau de diffraction optique, à l'aide d'un gamme d'angles d'incidence de la lumière dans lequel l'intensité de la lumière réfléchie quand un changement de la pièce ou l'ensemble des couples de lumière incidente avec le mode de guide d'ondes optique qui se propage dans le réseau de diffraction optique. A diffraction grating sensor comprising: a chip having a substrate formed from a transparent or transparent dielectric material, an electrically conductive material, a reflective film formed on the substrate, and an optical diffraction grating formed on the substrate. reflective film, the diffraction grating having a diffraction grating pattern a predetermined interval and a predetermined grating height for diffracting the light at a predetermined angle, a light introducing mechanism which introduces light from the substrate side of the chip on the reflective film, and a light detection mechanism which detects the light reflected on the reflective film, wherein a sample under study is detected by detecting a change in the angle of incidence or the intensity of the reflected light that occurs when the sample is adsorbed or deposited on a surface of the d array optical interference, using a range of angles of incidence of light in which the intensity of light reflected when a change of the room or set of incident light couples with the guide mode of optical wave propagating in the optical diffraction grating.
2. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel la couche de réseau de diffraction a une épaisseur dans une plage allant de 60 nm à 2 μιη. 2. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein the diffraction grating layer has a thickness in a range from 60 nm to 2 μιη.
3. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel la période du réseau de diffraction est dans une plage allant de 0,2 μπ\ à 2 μιη. 3. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein the period of the diffraction grating is in a range from 0.2 μm to 2 μm.
4. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le facteur de remplissage (rapport de la taille de pas de période) du réseau de diffraction est dans une plage de 0,05 à 0,95. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the fill factor (ratio of the period pitch size) of the diffraction grating is in a range of 0.05 to 0.95.
5. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le réseau de diffraction optique est une structure formée essentiellement à partir d'un matériau organique, une structure formée essentiellement de verre, une structure formée essentiellement à partir d'un polymère, ou une structure formée essentiellement à partir d'un transparent électriquement conducteur matériau. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein the optical diffraction grating is a structure formed essentially from an organic material, a substantially glass-formed structure, a structure formed essentially from a polymer , or a structure formed essentially from an electrically conductive transparent material.
6. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le film réflecteur est un film mince d'un ou plusieurs composants choisis parmi les métaux ou alliages de ces métaux.
The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the reflective film is a thin film of one or more components selected from metals or alloys thereof.
7. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le film réflecteur est un film mince d'un matériau semi-conducteur. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the reflective film is a thin film of a semiconductor material.
8. Le capteur de réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le réseau de diffraction optique a une hauteur qui provoque le mode de guide d'onde optique destiné à être excité. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the optical diffraction grating has a height that causes the optical waveguide mode to be excited.
9. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel un groupe de reconnaissance moléculaire est chimiquement modifiée sur la surface du réseau de diffraction optique. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein a molecular recognition group is chemically modified on the surface of the optical diffraction grating.
10. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 11, dans lequel l'une quelconque d'un groupe amino hydroxyle, carboxyle, aldéhyde, isothiocyanate, succinimide, biotinyle, méthyle et fluorométhyle est chimiquement modifiée selon le groupe de reconnaissance moléculaire. The diffraction grating sensor of claim 11, wherein any one of a hydroxyl, carboxyl, aldehyde, isothiocyanate, succinimide, biotinyl, methyl and fluoromethyl amino group is chemically modified according to the molecular recognition group.
11. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel la lumière incidente est polarisée p ou polarisée s, et une réflexion de cette lumière est détectée. 11. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein the incident light is p-polarized or s-polarized, and reflection of this light is detected.
12. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel la lumière incidente est polarisée p ou la lumière polarisée s, et la diffraction de cette lumière est détectée. 12. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein the incident light is polarized p or polarized light s, and the diffraction of this light is detected.
13. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le substrat a une configuration de plaque. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the substrate has a plate configuration.
14. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel une surface du substrat opposée à un côté où le réseau de diffraction optique de la puce est formée est mise en contact avec un prisme optique par l'intermédiaire d'une huile d'indice de réfraction correspondant. The diffraction grating sensor according to claim 1, wherein a surface of the substrate opposite a side where the optical diffraction grating of the chip is formed is brought into contact with an optical prism through an oil. of corresponding refractive index.
15. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 1, dans lequel le substrat est un prisme. The diffraction grating sensor of claim 1, wherein the substrate is a prism.
16. Le capteur à réseau de diffraction selon la revendication 15, dans lequel, lorsque la p-polarisée ou polarisée s de lumière pénètre dans le prisme optique avec un angle d'incidence par rapport à un axe central du prisme, l'angle d'incidence de la lumière est fixée à proximité de l'angle d'incidence où l'intensité de la lumière change réfléchis, et l'intensité de la lumière réfléchie est mesurée.
The diffraction grating sensor according to claim 15, wherein when the p-polarized or polarized light enters the optical prism with an angle of incidence with respect to a central axis of the prism, the angle d The incidence of light is fixed near the angle of incidence where the intensity of the light changes reflected, and the intensity of the reflected light is measured.
17. Le capteur à réseau de diffraction selon les revendications précédentes, dans lequel la mesure est effectuée sur une épaisseur de film, un poids, une taille ou une constante diélectrique relative d'une molécule, un ion ou un groupe de molécules qui est adsorbé sélectivement par voie chimique ou moléculaire des liaisons avec un reconnaissance du fait que le groupe est modifié chimiquement sur la surface du réseau de diffraction optique, dans un gaz ou un liquide. 17. The diffraction grating sensor according to the preceding claims, wherein the measurement is performed on a film thickness, a weight, a size or a relative dielectric constant of a molecule, an ion or a group of molecules which is adsorbed. selectively by chemical or molecular linkages with recognition that the group is chemically modified on the surface of the optical diffraction grating, in a gas or a liquid.
18. Une puce de capteur d'un réseau de diffraction utilisé dans le capteur de réseau de diffraction selon les revendications 1 à 17.
18. A sensor chip of a diffraction grating used in the diffraction grating sensor according to claims 1 to 17.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MA34792B1 (en) | 2014-01-02 |
| WO2014003529A3 (en) | 2014-02-27 |
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