组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
未明确具体被测物；面向荧光标记分子/生物分子，样品基质未明确（可能为波导表面溶液）。
检测原理
单模光纤输出的633 nm HeNe激光经0.25 pitch GRIN透镜准直后，照射到其端面制作的500 nm周期表面光栅上。光栅在波导表面附近形成周期性折射率调制，当衍射级次波矢与Ta2O5薄膜波导模式波矢满足相位匹配条件时，部分光被耦合进波导并形成导模。导模在波导中传播并产生倏逝场，可用于激发波导表面荧光标记分子。耦合效率受光栅深度、透镜与波导间隙、光栅长度和入射角影响；FEM模拟显示间隙小于约100 nm时效率可超过10%，20 nm间隙下最高约41%。本文未涉及被测物浓度响应，传感信号应来自后续荧光标记分子结合产生的荧光变化。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
实验使用159 nm厚Ta2O5波导芯片和633 nm HeNe激光，通过调节光纤横向位置实现共振耦合，导波传输5 mm后由内部出射光栅出射。测得共振出射光强为光纤出口光强的9.5%，计入波导损耗3 dB/cm后得到耦合效率13.4%。FEM模拟表明，在20 nm间隙、100 nm光栅深度条件下最大耦合效率可达41%，并预测当前配置下约40%效率可及；内部光栅理论效率可达80%，但实际通常较低。作者强调外部光栅耦合器可重复使用，可省去一次性波导芯片上的内部光栅，降低生物传感器芯片成本，并规避光刻工艺对基底厚度等限制。文中未报告选择性、稳定性、重现性或实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底：AF45玻璃基底（Oerlikon Balzers），承载Ta2O5波导层。
- 波导层：Ta2O5薄膜，厚度159 nm，折射率2.1，支持单模TE模式并产生倏逝场。
- 外部耦合器：SELFOC GRIN透镜（0.25 pitch，1 mm直径，2.58 mm长，设计波长630 nm），准直光纤出射光。
- 光栅结构：F2激光烧蚀制作的500 nm周期表面浮雕光栅，深度100±15 nm，位于GRIN透镜20°抛光端面，实现折射率调制与光栅耦合。
- 光源：HeNe激光器（633 nm），提供入射激光。
- 光纤：单模光纤（Newport F-SV，NA 0.10–0.14），传输激光并在GRIN透镜后形成约250 µm准直光束。
- 读出结构：波导芯片内部出射光栅，将导波耦合出射用于光强测量。
中文摘要
本文提出一种新型光耦合方案，利用带有高频光栅的准直梯度折射率（GRIN）元件，将单模光纤输出的光直接耦合到平面薄膜波导中。该方案中，GRIN透镜端面经角度抛光并制作高频表面光栅，当其与波导表面紧密接近或接触时，可在波导表面形成有效折射率调制，使衍射光与波导模式发生共振耦合。作者采用有限元方法（FEM）研究实验参数对耦合效率的影响，并通过实验验证了带光栅GRIN透镜的可行性。结果表明，该外部耦合器可重复使用，能够替代传统内部光栅耦合器，为生物传感器应用中荧光标记分子的高效激发提供新的光路方案，并可获得与常见内部光栅耦合器相近的耦合效率。
英文摘要
We present a novel coupling scheme using a collimating gradient-index (GRIN) element provided with a high frequency grating to couple light from a single mode optical fiber directly to planar thin-film waveguides. The waveguide devices are used, for example, for an efficient fluorescence excitation in biosensor applications. The external coupler can be multiply reused and supersedes the conventional internal gratings. FEM simulations and experimental results show that the new technique can provide similar coupling efficiencies as common internal grating couplers.