学海网

毕业论文-集成SPP传感芯片封装与微流结构制备，共89页，33303字
中文摘要
基于表面等离子激元（SPP）的折射率传感器在生化反应传感、气体检测和和
环境监控等方面具有巨大的潜在应用价值，但因测试系统的庞大和测试方法的复
杂性在进一步的研究中会遇到许多困难，而且难以最终市场化。为此，本文提出
了针对 SPP 传感芯片的偏振特性设计的传感光路，采用紫外固化胶完成光纤与芯
片的粘接定位，实现了光源-传感芯片-探测系统的光路连接，并设计制作了基于聚
二甲基硅氧烷（PDMS）的探测液体流动通道，最终搭建了大小仅为 220*192*82mm
的集光源、SPP 传感芯片、探测系统于一体的折射率传感实验系统，初步观测到金
层上方物质折射率改变时 TM/TE 的输出功率变化。并总结了系统设计和装配中的
主要难点和问题，给出了改进建议和方案。
关键词：折射率传感；光纤芯片封装；紫外固化胶；聚二甲基硅氧烷；片上液
流通道

目录
第1 章 引言........1
1.1 研究背景.1
1.2 研究内容.3
第2 章 传感光路的设计与实现........5
2.1 基于保偏光纤和偏振分束器的偏振分析方案.6
2.2 光纤‐芯片固定方案....9
2.3 紫外固化胶的固化技术和光纤‐芯片粘接过程........11
2.3.1 粘接输出端光纤端面与芯片侧面...13
2.3.2 粘接输出光纤端头侧面与光纤座...14
2.3.3 粘接输入光纤端面与芯片侧面.......15
2.3.4 粘接输入光纤端头侧面与光纤座...15
2.3.5 填充光纤槽.........16
2.4 光纤‐芯片封装过程..16
2.4.1 调整并标定输出光纤的快轴与传感芯片上介质波导TM 模式的夹角....16
2.4.2 测试传感芯片的传感性能.....16
2.4.3 制作光纤固定结构.......17
2.4.4 粘接光纤...18
2.5 粘接实验结果及分析.........18
2.6 改进方案一：增大光纤头定位粘接面积.......20
2.6.1 准备工作...21
2.6.2 粘接光纤和加强件.......21
2.6.3 粘接光纤与芯片.22
2.6.4 粘接光纤与光纤支撑片.........23
2.7 光纤‐芯片封装的改进方案二：基于V 形槽的被动对准..25
2.8 本章小结.........26
第3 章 基于PDMS 液流槽的液流通道的设计与制作....2
3.1 PDMS 特性简介..2
3.2 基于PDMS 的片上液流槽机械与工艺设计......4
3.2.1 窄槽结构.....5
3.2.2 宽槽结构.....8
3.2.3 芯片嵌入的液流槽结构.........10
3.3 PDMS 液流槽制作和封装流程......13
3.3.1 预聚物混合.........15
3.3.2 真空脱气...15
3.3.3 加热固化...15
3.3.4 切割.16
3.3.5 粘接.16
3.3.6 PDMS 的二次固化.........16
3.3.7 片上液流槽封装实验结果与分析...16
3.4 本章小结.........18
第4 章 传感模块的设计与装配......19
4.1 传感模块设计.19
4.2 传感模块的安装流程.........20
4.2.1 初步组装主机箱和顶部展示台支撑螺柱.20
4.2.2 将传感单元固定于展示平台上.......20
4.2.3 合上主机箱顶盖.21
4.2.4 安装外部液流通道.......21
4.3 模块组装效果和传感实验结果...21
4.4 本章小结.........23
第5 章 结束语..24
插图索引..25
表格索引..28
参考文献..29
致谢..30
声明..31
附录A 外文资料的调研阅读报告..32
A.1
Ultrathin layer sensor based on the coupling with surface plasmon polariton
and dielectric waveguide..32
A.2
A.3
Fiber‐chip bonding based on UV adhesive...34
Liquid channel system....35
附录B 部分实验材料和设备介绍...38
B.1
光纤耦合系统简介........38
B.2 705 单组份硫化硅橡胶.....39
B.3 302 改性丙烯酸酯胶.........40
B.4
传感模块设计图..42
B.4.1 主机箱底板.........44
B.4.2 主机箱箱体.........45
B.4.3 有机玻璃芯片台.46
B.4.4 PD 夹具1...47
B.4.5 PD 夹具2...48
B.4.6 螺柱.49
B.4.7 螺帽.50
B.4.8 光纤挡板...51
B.4.9 石英方盒设计1..52
B.4.10 石英方盒设计253
在学期间参加课题的研究成果........54