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CN101694463B - 半导体激光内腔光微流生物传感器 - Google Patents

半导体激光内腔光微流生物传感器 Download PDF

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CN101694463B
CN101694463B CN2009101533784A CN200910153378A CN101694463B CN 101694463 B CN101694463 B CN 101694463B CN 2009101533784 A CN2009101533784 A CN 2009101533784A CN 200910153378 A CN200910153378 A CN 200910153378A CN 101694463 B CN101694463 B CN 101694463B
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明公开了一种半导体激光内腔光微流生物传感器，它包括耦合腔半导体激光器，2×2耦合器和设置在耦合器一个输入端口上的相位调节区。耦合腔激光器的主模从耦合器的一个耦合输出端口输出，而其主要边模从另一个耦合输出端口输出。传感谐振腔的谐振频率间隔略大于或略小于参照谐振腔的谐振频率间隔的二分之一。传感谐振腔的一部分是传感区，传感区周围全部或部分被被测物质覆盖，当被测物质折射率发生变化，使得耦合腔半导体激光器发生模式切换，两谐振腔输出端口相位差会有一个π位相突变，通过游标效应改变了探测耦合器两个输出端口的功率比，即可以测出样品折射率的变化。该传感器探测极限达到10-8甚至更低量级。

Description

半导体激光内腔光微流生物传感器
技术领域
本发明涉及光学生物传感器，尤其涉及一种单片集成的半导体激光内腔光微流生物传感器。
背景技术
生物化学检测、环境监测分析已经成了继光纤通信的巨大成功之后集成光电子器件的又一个重要的应用领域。光学生物传感器以其不受电磁场的干扰，具有非破坏性的操作模式、较高的信号产生与读取速度等优点，特别是由于光学传感技术是唯一能够直接探测生物分子反应的方法。集成光电子传感器使得相关仪器系统不断地向着高集成度、高灵敏度、小型化的方向发展，也使得单片上集成多参量同时检测的生物传感器阵列成为可能。此外，集成生物传感器还有稳定性高、可靠性好、可大批量生产从而减少成本的潜力、能量消耗低、单个光学器件的对准简单等优点。
在历年“Survey of the year 200x commercial optical biosensor literature”中指出，每年有近千篇基于不同原理有关光学生物传感器商用平台的文献，同时不断有各类高灵敏度的传感器涌现。而众多的光学生物传感器器件中，主流传感器主要基于折射率变化的探测，大部分都是基于无源结构的传感，如基于表面等离子体谐振结构(SPR)，干涉结构(如马赫曾德干涉结构、杨氏干涉结构)、反谐振波导结构、中空波导结构构、布拉格光栅、绝缘体上硅波导(SOI)技术的硅槽形波导、集成光学微谐振腔(如环形谐振腔)、纳米光纤环结构等传感器被广泛报道，对于这类传感器都需要附加一个外部光源或者光谱仪对传感特性进行分析，这大大增加了操作的难度系数。
一种基于SOI的SP干涉型集成光学生物传感器由Peter Debackere，StijnScheerlinck，Peter Bienstman，Roel Baets等人在“Surface plasmon interferometer insilicon-on-insulator：novel concept for an integrated biosensor”中提出，如图1(a)所示。该器件是在SOI技术的基础上，在芯层si层的上表面内嵌一层60nm的金层。在金层上表面为待测的样品，折射率在1.33附近，而在金层下面即为折射率为3.45左右的si层，金层两边的非均匀性导致分别在两个金属-介质界面层形成的两个表面等离子波波矢相差很大从而使两个模式独立传播而不会发生耦合。所以这样的一个结构实际上相当于一个干涉结构，在金层的另一个端面激发SOI波导的基模，外部样品折射率的改变进一步影响上层表面等离子波的相位，从而通过干涉效应对激发的SOI波导的模式强度产生影响。这个生物传感器在0.01dB的探测精度下，灵敏度为10-6。
此外，基于马赫曾德干涉仪(MZI)结构的生物传感器被广泛研究。例如，Prieto，F.；Sepulveda，B；Calle，A；Llobera，A；Dominguez，C等人在“An integratedoptical interferometric nanodevice based on silicon technology for biosensorapplications”，Nanotechnology 14 907-912，2003，提出了一种基于Si技术用于环境监测及医学领域的光集成生物传感器如图1(b)所示，波导结构芯层由250nm厚的Si3N4构成，脊宽与脊高分别为4um，下包层为2um的SiO2，满足单模条件。传感长度L为15mm，利用倏逝波传感通过探测输出端相位的改变从而得知传感区浓度或折射率的改变。传感灵敏度可达到7×10-6。然而，上述的无源生物传感器结构需要引入外部的光源激励，这对整个器件的可操作性增加了难度，并且探测极限还有很高的提升空间。
对于光源集成的有源光学生物传感器的研究并不多，由D.Kumar，H.Shao，and K.L.Lear等人在“Vertical Cavity Laser and Passive Fabry Perot InterferometerBased Microfluidic Biosensors”提出了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激光微流生物传感器，如图2。13为电极，14为DBR反射区(99.9％反射率)，15为DBR反射区(75％-80％反射率)，16为微流腔体中待测生物样品17为微流通道。在VCSEL的底面反射镜附近集成了光微流体通道。但由于微流体所占谐振腔长度较短，其灵敏度受到一定限制。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种半导体激光内腔光微流生物传感器。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明包括由两个相互耦合的参照谐振腔和传感谐振腔构成的耦合腔半导体激光器、2×2耦合器和设置在任意一个在耦合器输入端口上的相位调节区；参照谐振腔和传感谐振腔之间通过耦合器发生能量交换；所述的参照谐振腔的谐振频率对应于一系列等间隔的工作频率，所述传感谐振腔具有不同的谐振频率间隔使得传感谐振腔在激光器材料的增益光谱范围内最多只有一个谐振频率与参照谐振腔的一个谐振频率重合；传感谐振腔的一部分是传感区，传感区周围全部或部分被被测物质覆盖；参照谐振腔和传感谐振腔输出端经过相位调节区由2x2耦合器通过两个耦合器输入端口耦合到两个耦合器输出输出口。
所述的传感谐振腔的谐振频率间隔是参照谐振腔的谐振频率间隔的0.4至0.6倍；当被测物质折射率发生变化，使得耦合腔半导体激光器由一个激射模式切换到相邻的另一个模式时，参照谐振腔和传感谐振腔输出端口在解理反射面或深刻蚀槽处出射光场的相位差会有一个π位相突变。
所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，参照谐振腔和传感谐振器由两侧带有由刻蚀槽构成的部分反射镜的法布里-泊罗腔构成V型耦合腔。
所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，参照谐振腔和传感谐振器由两侧带有刻蚀槽构成的部分反射镜的法布里-泊罗腔包括一段公共波导构成Y型耦合腔。
所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，参照谐振腔和传感谐振器是两个环形谐振器。
所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，参照谐振腔和传感谐振器中的一个是法布里-泊罗腔，另一个是环形谐振器。
与背景技术相比，具有的有益效果包括：
1)激光器输出光谱的品质因数远大于无源的结构，因此该传感器拥有极高的灵敏度。
2)单片集成的方案使器件结构紧凑，集成程度高，适合大批量生产，从而降低成本。
3)有源/无源的集成不需要外部光源的引入这对后期操作大大减少了复杂度。
4)利用探测功率比的方法不需要外加昂贵的光谱分析设备，使得整个生物传感器变得简单。
本发明的光学生物传感器具有潜在的低成本、高性能和多功能的特点，在临床医学、生物科学、药物分析和环境探测等领域有很大应用前景。
附图说明
图1为背景技术中的两种光学生物传感器。
图2为背景技术中的一种光学生物传感器，它在VCSEL内部增加了一个光微流体通道。
图3为本发明半导体激光内腔光微流生物传感器的第一种实施方式，参照谐振腔101和传感谐振器102构成V型耦合腔。
图4为显示参照谐振腔101和传感谐振腔102的两套谐振频率位置关系的示意图，以及工作物质的增益光谱曲线。
图5为阈值最低和次低的谐振模的阈值增益系数随谐振腔互耦合系数变化的曲线图。
图6为激光器工作在阈值条件下，传感谐振腔102(虚线)和参照谐振腔101(实线)的反射率修正因子随波长变化的曲线图。
图7为激光器工作在阈值附近，传感谐振腔102(实线)以及参照谐振腔101(虚线)的小信号透射增益谱。
图8为激光器工作波长随外部折射率变化的曲线图。
图9为两耦合腔输出端口的电场关系图。
图10为两耦合腔输出端口的相位差随样品折射率的变化图。
图11为两耦合腔输出端口的相位差分别为0和π时在耦合器输出端口3和4的功率输出图。
图12为激光器各个模式出射功率随外部折射率的变化图。
图13为传感谐振腔102频率间隔为98GHz泵浦电流为阈值电流5倍时2x2耦合器两端口输出的功率比值。
图14为本发明半导体激光内腔光微流生物传感器的第二种实施方式，参照谐振腔104和传感谐振器105构成Y型耦合腔。
图15为本发明半导体激光内腔光微流生物传感器的第三种实施方式，参照谐振腔106和传感谐振器107是两个环形谐振器。
图16为本发明半导体激光内腔光微流生物传感器的第四种实施方式，参照谐振腔108和传感谐振器109中一个是法布里-泊罗腔，另一个是环形谐振器。
图中：1、耦合器输入端口2、耦合器输入端口3、耦合器输出端口4、耦合器输出端口5、相位调节区6、解理反射面或深刻蚀槽7、浅刻蚀槽8、解理反射面或深刻蚀槽9、2x2耦合器10、浅刻蚀槽11、耦合器12、解理反射面或深刻蚀槽102a、增益区102b、传感区
具体实施方式
下面根据附图，详细说明本发明
图3为本发明半导体激光内腔光微流生物传感器的一个实施方式。
根据本发明的一个实施方式，该半导体激光内腔光微流生物传感器包括由两个相互耦合的参照谐振腔101和传感谐振腔102构成的耦合腔半导体激光器、2×2耦合器9和设置在任意一个耦合器输入端口1或2上的相位调节区5；两个光学波导臂分别放置在参照谐振腔101和传感谐振腔102内，两光波导在一端靠得很近(闭口端)，但是在另一端分开得较远(开口端)。每个光波导的两端各有一个反射元件，可以是解理反射面或者是矩形的深刻蚀槽，即分别为图3中的解理反射面或深刻蚀槽6、8、12。每个光波导和其两端的反射元件构成了一个法布利-泊罗谐振腔。参照谐振腔101和传感谐振器102中内的光波导至少各有一部分带有用来注入电流的电极为参照谐振腔101和传感谐振器102提供增益。参照谐振腔101和传感谐振器102的谐振频率分别对应于一系列等间隔的工作频率。参照谐振腔101和传感谐振器102之间通过耦合器11发生能量交换；所述的参照谐振腔的谐振频率对应于一系列等间隔的工作频率，所述传感谐振腔具有不同的谐振频率间隔使得传感谐振腔在激光器材料的增益光谱范围内最多只有一个谐振频率与参照谐振腔的一个谐振频率重合；传感谐振腔的一部分是传感区102b，传感区102b周围全部或部分被被测物质覆盖；参照谐振腔和传感谐振腔输出端经过相位调节区5由2x2耦合器9通过两个耦合器输入端口1、2耦合到两个耦合器输出输出口3、4。
参照谐振腔101的谐振频率间隔由下式确定：
Δf = c 2 n g L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 )
同样，传感谐振腔102的频率间隔Δf′由下式决定：
Δ f ′ = c 2 n g ′ L ′ = c 2 ( n a L a + n b L b ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 )
c是真空中的光速，L是参照谐振腔的波导长度，ng是该波导的有效群折射率。La、na和Lb、nb分别为传感谐振腔内增益区102a和传感区102b的波导长度及有效群折射率。L’＝La+Lb是传感谐振腔的波导总长度，n′g＝(naLa+nbLb)/L′是传感谐振腔102的平均有效群折射率。
参照谐振腔101和传感谐振器102具有不同的光学长度使得在激光器材料的增益光谱范围内最多只有一个谐振频率重合，当两腔的谐振频率重合时，激光器会仅在此谐振频率发生谐振。在解理反射面或深刻蚀槽8附近由于两个波导靠得很近或者相接触，通过倏逝波耦合或模式光场相互重叠，一部分光将会从一个波导谐振腔耦合到另一个波导谐振腔中去。传感谐振腔102中光波导分成两段增益区102a和传感区102b，两段光波导之间由一个用来绝缘隔离的浅刻蚀槽10分开。增益区102a带有用来注入电流的电极为传感谐振腔102提供增益，传感区102b周围全部或部分被被测物质覆盖，该物质的折射率等性质的变化可以通过倏逝波影响传感区102b的等效折射率，从而影响传感谐振腔102的光学长度，引起激光器激射状态的变化，使得通过探测激光器输出的功率和光谱等就可以获得被测物质的信息。
根据本发明的一个实施方式，传感谐振腔102的频率间隔近似为参照谐振腔101频率间隔的二分之一。在结构中，利用下图4所示游标效应，可得自由光谱范围(FSR)如下式
Δf c = ΔfΔ f ′ | Δf - 2 Δ f ′ | . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 )
自由光谱范围设计为大于材料增益光谱范围。由于激光器的工作频率为参照谐振腔与传感谐振腔谐振峰重合的频率，因此|Δf-2Δf′|的变化将会导致激光器工作频率的一个跳变。因此，激光器工作频率的改变量被因子Δf/|Δf-2Δf′|所放大，即
δf = Δf | Δf - 2 Δ f ′ | δ f ′ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 )
分别将参照谐振腔101和传感谐振腔102作为主腔分析阈值条件，解理反射面或深刻蚀槽6和12端面上的有效反射率分别为r2e＝ηr2，r2e′＝η′r2，η是考虑到传感谐振腔102与参照谐振腔101之间的耦合效应后的反射率修正因子、η′是考虑到参照谐振腔101与传感谐振腔102之间的耦合效应后的反射率修正因子。可由下式确定：
η = C 11 + C 21 C 12 r 3 r 2 e 2 ( g ′ + i k ′ ) L ′ ( 1 + C 22 r 3 r 2 e 2 ( g ′ + i k ′ ) L ′ + C 2 22 r 3 2 r 2 2 e 4 ( g ′ + i k ′ ) L ′ + . . . )
= C 11 + C 21 C 12 r 3 r 2 e 2 ( g ′ + i k ′ ) L ′ 1 - C 22 r 3 r 2 e 2 ( g ′ + i k ′ ) L ′ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 5 )
η ′ = C 22 + C 21 C 12 r 1 r 2 e 2 ( g + ik ) L ( 1 + C 11 r 1 r 2 e 2 ( g + ik ) L + C 2 11 r 1 2 r 2 2 e 4 ( g + ik ) L + . . . )
= C 22 + C 21 C 12 r 1 r 2 e 2 ( g + ik ) L 1 - C 11 r 1 r 2 e 2 ( g + ik ) L · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 6 )
根据激光器的阈值工作条件可得
C11r1r2e2(g+ik)L+C22r3r2e2(g′+ik′)L′-(C11C22-C21C12)r1r2 2r3e2(g+ik)Le2(g′+ik′)L′＝1……………………………………………………………………… (7)
设图中解理反射面或深刻蚀槽6和8端面的振幅反射率分别为r1、r2，解理反射面或深刻蚀槽12端面的振幅反射率为r3；在耦合器11处从传感谐振腔102耦合到参照谐振腔101(交叉耦合)、101返回到101(自耦合)、102耦合到101(交叉耦合)、102返回到102(自耦合)的振幅耦合系数分别记为C12，C11，C21和C22。k(＝2πn/λ)和g分别为参照谐振腔的传播常数和增益系数，k′(＝2πn′/λ)和g′分别为传感谐振的平均传播常数以及平均有效增益系数。L和L’分别为参照谐振腔和传感谐振腔波导端的长度。
选取以下参数进行分析：λ0＝779.9μm；ng＝3.24；na＝2.02；nb＝3.24；L＝231.32μm(Δf＝200GHz)；L′＝539.69μm(Δf′＝98GHz)；La＝179.9μm由图5所示可得最佳耦合系数为C11＝C22＝0.92；C12＝C21＝-0.08；参照谐振腔101和传感谐振腔102在λ0＝779.9μm处有相同的谐振峰。由深刻蚀空气槽构成两个腔的反射面，利用传输矩阵可得：r1＝r2＝0.826，r3＝0.591。控制适当的泵浦条件使得两个腔有相同的回路增益，即r3r2e2g′L′＝r1r2e2gL。在两个腔的共振峰779.9nm处，由方程(7)可以解得阈值最低模的强度增益系数为G0＝16.5cm-1。
V型耦合腔的模式选择特性和波长切换功能可从图6耦合端面的有效反射因子η和η′的变化曲线特性看出。η和η′都是随着波长的变化而变化的，而且在特定的一系列波长处形成谐振峰。图7中在|η|2与|η′|2峰值重合的位置即为激光器的工作波长。
图8所示即为当被测样品的折射率改变时，激光器的激射波长及主模和边模的相对强度会随之改变。由于结构的关系，激光器主模的激射波长为分立式而非连续型波长变化。由于谐振条件决定了参照谐振腔101和传感谐振腔102的腔长必须是半波长的整数倍，而传感谐振腔的腔长几乎是参照谐振腔的2倍，当被测物质折射率发生变化，激光器主模由参照谐振腔的一个激射模式切换到相邻的另一个模式时，传感谐振腔的模式则跳了两个模式，也就是说，参照谐振腔中从解理反射面或深刻蚀槽8到6的相位改变了π，而传感谐振腔中从解理反射面或深刻蚀槽8到12的相位改变了2π，因此两谐振腔输出端口在解理反射面或深刻蚀槽6和12处出射光场的相位差会从0变化到π或者从π变化到0。
下面是更严格的推导。图9中假定两个腔的出射电场分别为E1、E2，则电场在两个腔内的传输满足以下方程
r 1 E 1 e ( ik + g ) L C 11 r 2 + r 3 E 2 e ( ik + g ) L ′ C 21 r 2 = E 1 / e ( ik + g ) L r 2 E 2 e ( ik + g ) L ′ C 22 r 2 + r 1 E 1 e ( ik + g ) L C 12 r 2 = E 2 / e ( ik + g ) L ′
r 1 r 2 C 11 e 2 ( ik + g ) L - 1 r 3 r 2 C 21 e ( ik + g ) L e ( ik + g ) L ′ r 1 r 2 C 12 e ( ik + g ) L e ( ik + g ) L ′ r 3 r 2 C 22 e 2 ( ik + g ) L ′ - 1 E 1 E 2 = 0
E 2 = 1 - r 1 r 2 C 11 e 2 ( ik + g ) L r 3 r 2 C 21 e ( ik + g ) L e ( ik + g ) L ′ E 1
图10所示的参照谐振腔101和传感谐振腔102输出端口在解理反射面或深刻蚀槽6和12处出射光场的相位差会随模式的变化而发生改变，即前面所述的π相位改变。
根据本发明的一个实施方式，两谐振腔输出端口通过一个2x2耦合器9的耦合器输入端口1和2耦合到它的两个耦合器输出端口3和4。在两个耦合器输入端口1、2相位差为0的情况下，在相位调节区5增加
Figure G2009101533784D00084
相位，如图11上图所示，根据2x2耦合器(如多模干涉MMI耦合器)性质，耦合器输出端口4将输出所有功率，而对于相邻的模式耦合器输入端口1、2相位差为π，如图11下图所示，由于位相关系，3端口将输出所有功率。也就是耦合器输出端口3、4的出射功率会随耦合器输入端口1、2相位的改变而发生变化。而对于激光器工作条件下，由于模式竞争，会存在多个模式，各个模式在耦合器输入端口1、2的相位差及功率不同，如图12，那么在耦合器输出端口3、4输出功率的比值也会不同。例如，当激光器的主模从耦合器9的一个耦合器输出端口3输出时，其主要边模将从另一个耦合器输出端口4输出。在耦合器输出端口3、4对各模式的输出功率叠加，通过计算耦合器输出端口3、4的功率比即可获得被测物质的折射率，从而获得被测物质的浓度等性质。
在选定以上参数的情况下，选取泵浦电流为阈值电流的5倍即为59.75mA，样品折射率改变1～4×10-4RIU。耦合器输出端口3、4的功率比如图13(a)所示。选取图示线性范围作为传感区域，可得探测极限为8.4×10-9RIU。
图14给出了本发明第二种实施方式的示意图。它将前面所述的V型耦合腔改为Y型耦合腔，即参照谐振腔和传感谐振腔包括一段公共波导103。104a对应于增益区，104b对应于传感区。参照谐振腔104和传感谐振腔105的谐振频率同样满足第一种实施方式中的条件。阈值条件可以改写为
C1C1′r1r2e2(g+ik)L+C2C2′r3r2e2(g′+ik′)L′＝1
C1，C2分别为由公共波导向104段波导及105段波导耦合的耦合系数；C1’，C2’分别为由106段波导及107段波导向公共波导段耦合的耦合系数；L和L’分别为参照谐振腔104和传感谐振腔105的波导长度；其他参数参照实施方式一。同时，相位关系改写为
E 2 = 1 - r 1 r 2 C 1 C 1 ′ e 2 ( ik + g ) L r 3 r 2 C 2 C 2 ′ e ( ik + g ) L e ( ik + g ) L ′ E 1
通过选择合适的耦合系数，即可以达到高的传感灵敏度。
耦合器输出端口3、4的功率比如图13(b)所示，泵浦电流为阈值电流的5倍，样品折射率改变范围为1～4×10-4RIU的情况下，选取图示线性范围作为传感区域，可得探测极限为3.85×10-8RIU。
图15给出了本发明第三种实施方式的示意图。与实施方式一不同的是参照谐振腔106和传感谐振107由两个环形谐振器组成，107a对应于增益区，107b对应于传感区；选择不同的环形谐振腔半径从而满足第一种实施方式中提到的谐振频率关系。
本发明也适用于图16给出的本发明的第四种实施方式，参照谐振腔108和传感谐振109中一个是法布里-泊罗腔，另一个是环形谐振器的形式，109a对应于增益区，109b对应于传感区。
本发明的集成化激光内腔光微流生物传感器有很多优点。与一般的生物传感器相比，它实现了有源/无源的单片集成，不需要外加光源，结构紧凑，集成化程度高，便于大批量生产。另外不需要外加光谱仪进行探测，这大大方便了对整个传感器的操作，降低了成本。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：包括由两个相互耦合的参照谐振腔和传感谐振腔构成的耦合腔半导体激光器、2×2耦合器(9)和设置在任意一个耦合器输入端口上的相位调节区(5)；两个光学波导臂分别放置在参照谐振腔和传感谐振腔内，两光波导在一端靠得很近，但是在另一端分开得较远，每个光波导的两端各有一个反射元件，是解理反射面或者是矩形的深刻蚀槽；参照谐振腔和传感谐振腔之间通过耦合器(11)发生能量交换；所述的参照谐振腔的谐振频率对应于一系列等间隔的工作频率，所述传感谐振腔具有不同的谐振频率间隔使得传感谐振腔在激光器材料的增益光谱范围内最多只有一个谐振频率与参照谐振腔的一个谐振频率重合；传感谐振腔中光波导的一部分是传感区，传感区周围全部或部分被被测物质覆盖，另一部分为带有用来注入电流的电极为传感谐振腔提供增益的增益区；参照谐振腔内的光波导有一部分带有用来注入电流的电极为参照谐振腔提供增益，参照谐振腔和传感谐振腔输出端经过相位调节区(5)由2x2耦合器(9)通过两个耦合器输入端口(1、2)耦合到两个耦合器输出口(3、4)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：所述的传感谐振腔的谐振频率间隔是参照谐振腔的谐振频率间隔的0.4至0.6倍；当被测物质折射率发生变化，使得耦合腔半导体激光器由一个激射模式切换到相邻的另一个模式时，参照谐振腔和传感谐振腔输出端口在解理反射面或深刻蚀槽(6、12)处出射光场的相位差会有一个π位相突变。
3.根据权利要求1所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：所述的参照谐振腔和传感谐振腔由两侧带有由刻蚀槽构成的部分反射镜的法布里-泊罗腔构成V型耦合腔。
4.根据权利要求1所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：所述的参照谐振腔和传感谐振腔由两侧带有刻蚀槽构成的部分反射镜的法布里-泊罗腔包括一段公共波导构成Y型耦合腔。
5.根据权利要求1所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：所述的参照谐振腔和传感谐振腔是两个环形谐振器。
6.根据权利要求1所述的一种半导体激光内腔光微流生物传感器，其特征在于：所述的参照谐振腔和传感谐振腔中的一个是法布里-泊罗腔，另一个是环形谐振器。
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