低成本Mach-Zehnder干涉仪生物传感器的稳健测量技术

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本文主要探讨了一种创新且成本效益高的光子生物化学传感器测控技术,该技术应用在基于马赫-泽德勒干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)的集成光子传感器系统中。Mach-Zehnder干涉仪是一种常用的光学元件,它通过两个或多个光路的相位差来实现对微小物理量,如光强度或折射率变化的敏感测量。 作者们提出了一种新型的测量方法,其核心是直接检测MZI臂间的相位变化。这个过程通过在干涉仪的一个臂上进行信号调制,并结合伪双频检测(pseudoheterodyne detection)来实现。与传统的依赖于可调光源或光谱分析器的方案不同,这种方法显著降低了设备成本,使得该技术更加经济实用。这种技术的独特之处在于,输出信号不受波长、功率变化以及全局温度波动的影响,从而展现出极高的鲁棒性。 具体操作中,信号调制允许在固定光源下对干涉图案进行精细控制,而伪双频检测则能有效地分离出由被测量生物化学反应产生的相位变化信号,即使在复杂的环境条件下也能保持精确度。这使得该技术特别适合于对生物分子浓度、酶活性等微量化学物质进行实时、连续的监测,对于诸如医疗诊断、环境监控等领域具有巨大的应用潜力。 此外,由于整个系统集成在一块芯片上,空间紧凑,易于大规模生产和集成,这进一步降低了系统的体积和复杂性,有利于实现小型化和便携式设备。这项研究不仅推动了光子传感器技术的发展,也为低成本、高灵敏度的生物化学检测提供了一种新的解决方案。