阅读说明：本技术 植入式光学传感器 (Implantable optical sensor ) 是由 周安·塞巴斯蒂安·奥多纳兹·奥尔拉纳 达纳·德尔贝克 科恩拉德·万斯朱一仁伯格 保罗·卡迪尔 于 2018-03-30 设计创作，主要内容包括：一种植入式光学传感器(1)，所述光学传感器(1)包括基板(2)以及与基板(2)集成的用于渐逝场感测的至少一个光学微结构(3)，所述至少一个光学微结构(3)被定位以在基板(2)的表面(5)的一部分上形成光学相互作用区域(4)，所述光学组件(1)还包括至少覆盖光学相互作用区域(4)的薄保护层(6)，薄保护层(6)处于具有防腐蚀特性的预定材料中且具有预定厚度，以免影响渐逝场感测。(An implantable optical sensor (1), the optical sensor (1) comprising a substrate (2) and at least one optical microstructure (3) for evanescent field sensing integrated with the substrate (2), the at least one optical microstructure (3) being positioned to form an optical interaction region (4) on a portion of a surface (5) of the substrate (2), the optical assembly (1) further comprising a thin protective layer (6) covering at least the optical interaction region (4), the thin protective layer (6) being in a predetermined material with anti-corrosion properties and having a predetermined thickness so as not to affect evanescent field sensing.)

植入式光学传感器

发明领域

本发明涉及一种包括基板以及与基板集成的至少一个光学微结构的光学组件。光学微结构被定位以在基板表面的一部分上形成光学相互作用区域。在另一方面，本发明涉及一种制造光学组件的方法。

背景技术

国际专利公开WO2011/029886公开了一种用于感测诸如葡萄糖的物质的传感器。传感器可植入生物体内。传感器包括光子集成电路，例如，基于硅光子学的辐射处理器，用于光谱处理与样品相互作用的辐射。

US2006/0251357A1公开了一种光学部件，所述光学部件包括波导结构以及用于将波导结构光学耦接到另一光学部件的耦接元件。波导结构和耦接元件附接在公共基板上。耦接元件包含反射的弯曲表面，用于同时改变在波导结构与光学部件之间传播的光的传播方向和波阵面的形状。利用覆盖层描述示例，所述覆盖层用于保护光导芯层和耦接元件免受诸如污染、湿气或损坏的外部影响，并且用于使其与周围环境光学隔离。固化条件下覆盖层的典型厚度介于10μm与500μm之间。

US2007/0081758A1公开了一种光学波导型生化传感器芯片，包括：光束透射基板，所述光束透射基板至少具有允许光束照射到内部的第一光学元件以及从内部发射光束的第二光学元件；光学波导层，所述光学波导层形成在其上形成有第一和第二光学元件中的至少一者的基板的主表面上、具有3-300μm的厚度并且由具有比基板材料更高折射率的聚合物树脂材料制成；以及传感膜，所述传感膜形成在光学波导层上并产生反应产物，所述反应产物具有响应引入的样品吸收光束或光束的渐逝波的能力。传感膜形成在位于光栅之间的区域中，并且在所述区域中不形成保护膜。

US2010/0016928A1公开了一种植入式集成电路结构，例如集成电路(IC)芯片、植入式脉冲发生器、具有多个IC芯片的设备，其中一个芯片包含电子电路，另一芯片具有光学传感器或发射器等。所述结构包括用于气密密封电路层的共形薄膜密封层。密封层是薄膜涂层，其厚度使得基本上不会增加与其相关的结构的总体积。公开了厚度的范围为约0.1μm至约10.0μm。

US2016/0103065A1公开了一种用于认证对象的认证装置，包括被配置来接收入射光并由入射光产生表面等离激元的输入耦合器，以及被配置来基于表面等离激元输出散斑图案的输出耦合器。认证装置包括多层结构，所述多层结构包括金属膜以及介电膜。输入耦合器设置在多层结构的第一区域中，并且输出耦合器设置在多层结构的第二区域中。介电膜可以形成在金属膜上并可被配置来保护金属膜。

本发明旨在提供一种光学组件，特别适用于用于与流体直接和长时间接触的应用，这种应用会随着时间的推移而不利地影响光学组件的光学性能和使用寿命，例如，植入式光学组件的情况。在另一方面，本发明旨在提供一种光学组件，特别适用于涉及光子集成电路的应用。这种光子集成电路是本领域技术人员已知的。

根据本发明，提供了一种如上所述的光学组件，还包括至少覆盖光学相互作用区域的保护层。在操作期间，例如，当光学组件体现为植入式光学传感器时，光学相互作用区域与流体直接和长时间接触。保护层有效地屏蔽光学相互作用区域，且更具体地保护光学组件的光学微结构以免在使用期间劣化，而不会不利地影响其光学性质，例如折射率、吸收等。本文提出的保护层的实施方式随着时间的推移，使光学微结构与光学组件的环境相互作用，而不改变所需的光学功能。更具体地，即使保护层可能稍微影响光学组件的整体光学性能(例如波导的有效折射率)，但影响足够小，以保持光学微结构的引导能力，例如，传感原理。

在另一方面，本发明涉及一种制造光学组件的方法，例如，根据本文描述的任一实施方式的光学组件。方法包括提供具有集成光学微结构的基板，所述集成光学微结构形成光学相互作用区域，以及至少在光学相互作用区域上提供保护层。由于可以使用已知的且与光学组件的其他元件的制造步骤兼容的沉积技术施加保护层，因此所述方法可以实施为高效且成本有效的制造方法。

附图简要说明

下面将参考附图更详细地论述本发明，其中：

图1示出了根据本发明第一实施方式的光学微结构组件的示意性横截面示意图；

图2示出了根据本发明第二实施方式的光学微结构组件的示意性横截面示意图；

图3示出了根据本发明第三实施方式的光学微结构组件的示意性横截面示意图；

图4示出了根据本发明另一实施方式的光学微结构组件的示意性横截面示意图；

图5示出了本发明的光学组件的又一实施方式的横截面示意图；以及

图6示出了本发明的光学组件的又一实施方式的横截面示意图。

实施方式说明

本发明通常涉及光学微结构在许多应用中的用途，包括需要光学微结构表面与不利环境的直接和/或长期相互作用的光学组件。这些光学结构被配置来例如通过波导结构引导辐射，被引导的辐射的渐逝尾部与环境相互作用。图1示出了根据本发明的光学组件1的第一实施方式的示意性横截面示意图。光学组件1包括基板2以及与基板2集成的光学微结构3。光学微结构3被定位以在基板2的表面5的一部分上形成光学相互作用区域4。光学微结构3是例如在基板2中完全或部分地嵌入、集成或图案化并与环境直接光学接触。光学组件1还包括至少覆盖光学相互作用区域4的保护层6。在图1所示的实施方式中，光学微结构3包括设置在基板2顶部并由(薄)保护层6覆盖的多个波导结构。因此，来自光学微结构3的渐逝波仍然可以与光学相互作用区域4中的环境光学地相互作用。

虽然光学微结构3中的大部分光被限制在引导层内，但是小部分光(称为渐逝场)延伸到外部介质中。渐逝场用于与环境相互作用，例如，捕获、感测、激发。随着距波导表面的距离增加，此渐逝场呈指数下降。例如，在传感应用的情况下，光学模式的渐逝尾部的变化改变了引导模式的有效折射率或其幅度，其可以分别用作感测手段，称为渐逝场感测。

腐蚀是一种化学-物理过程，其中初始化学成分中的材料与来自相邻材料或周围环境(固体、液体、气体或其组合)的次级元素发生化学反应，从而降低其在给定的环境条件下(压力、体积、温度)的焓或热力学可用能量(吉布斯自由能)。所得化合物的化学活性大多低于原始材料状态(对给定环境条件是化学惰性的)。如果化合物形成是连续的，则腐蚀最终会降低初始材料的初始性质。驱动力可以从材料或其环境或组合发起。从能量的观点来看，系统(例如材料或材料组合物)为了获得最小自由能，与其针对产品的环境进行反应，所述产品表现出比系统中的离析物更低的自由能。在腐蚀反应期间，反应产物具有不同的化学性质，但与其单独的离析物相比具有不同的物理性质。例如，经历氧化反应的金属将其能量降低至化学活性较低的金属氧化物。这涉及其底层量子结构的变化，导致带隙的变化及其诸如传导、热和化学行为的性质。反应还对材料的晶体结构构型产生影响，从而导致其在化学反应时的体积发生变化。此反应引起机械力，所述机械力施加在新材料及相邻层(例如，初始表面)上。如果腐蚀产物的体积远大于经历反应的离析物的表面积，则应力将累积直至其引起系统中的裂缝，从而释放内置应力并因此减少储存的能量。为了降低其能量而经历化学-物理变化的示例是氧化材料的剥落、点状腐蚀、应力裂纹腐蚀、接触腐蚀等。

在上述腐蚀定义的意义上，恶劣环境是含有化学元素的液体、固体或气体形式的一种，其能量能够在暴露于此环境的材料上引起腐蚀。例如，纯水具有高的热力学活性，其通过将溶质掺入液体基质中而降低。因此，水可以被认为是诸如氧化硅(SiO_x)或氮化硅(SiN)之类的材料的恶劣或腐蚀性环境。含有溶解氧、过氧化氢、氯以及多种其他高度氧化和其他热力学活性剂的体液代表了使多种材料具有高腐蚀风险的环境。

恶劣环境包括但不限于暴露于体组织和体液(例如血液或间质液)、体外和体内、植物组织和液体、化学过程(例如，发酵罐和生物反应器)中的流体、包括海洋、湖泊、河流和水族箱的水产养殖以及石化流体、水和腐蚀性气体。与不利环境的相互作用将例如通过腐蚀或溶解降低光学微结构的暴露表面的光学、机械和电学性能。例如，用于通过光子微系统传输光的光学级硅(Si)和SiN结构在水性或腐蚀性化学环境中使用时会溶解、凹陷和分解。在来自光子微系统的光旨在与环境相互作用的应用中，表面质量的恶化直接影响光学组件的性能。还众所周知的是，配置用于瞬时接触环境的光学微结构受到光学微结构的表面条件的严重影响。因此，在本发明的实施方式中增加保护层，如下面更详细描述，所述保护层保护与环境直接相互作用的相互作用区域。此涂层不会使光学微结构的性能劣化，也不会改变光学微结构的功能，这是本领域技术人员可以预期的。特别是对于光学组件，希望此保护层不会不利地影响系统的所需光学功能。

本说明书中使用的耐腐蚀材料是指在特定物理环境条件(温度、体积、压力)下具有最小能量状态的材料，所述最小能量通过与周围环境(例如固体、气体或液体)发生有害反应(氧化)而不能进一步最小化，或表现出强烈的材料内键合的材料，即环境的热力学活性或化学势不会破坏，除非在系统中加入更多的能量。系统的强度可以通过结晶度(降低的能量)及其强烈的材料间键(存在于例如金刚石、类金刚石碳(DLC))、通过氧化之前降低的能量和强键(例如，氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛)或其组合(例如蓝宝石、纯晶体Al₂O₃)来确定。

本发明光学组件实施方式的光学微结构3可以实现为光子集成电路(PIC)的一部分，其涉及用于制造光子电路的各种形式和材料系统。在本发明的一个实施方式中，光学组件1包括至少一个光子集成电路设备。在本发明的另一实施方式中，光学微结构3基于诸如绝缘体硅片(SOI)、SiN(富硅或化学计量硅)、InP、TiO₂半导体膜、聚合物、玻璃/二氧化硅、Al_xGa_1-xAs、In_xGa_1-xAsyP_1-y以及等离激元(例如金属纳米颗粒、金属层)的平台。光学微结构3可以是在基板2中嵌入、集成或图案化的集成光学部件，例如集成光学腔、集成光学谐振器、集成光学干涉仪、集成光学耦合器、光学波导、圆锥、可调滤波器、移相器、光栅、光子晶体、调制器、检测器、源、多路复用器、去多路复用器或其组合。光学微结构3可以是有源的或无源的。光学微结构3与基板集成为完全嵌入或部分嵌入的结构，以在基板2的一部分上形成光学相互作用区域4。在本说明书中对光学微结构的厚度的参考是指其引导层的厚度(例如，在SOI光学波导的情况下设备层(Si)的厚度)，因此排除了基板2的厚度。

本发明的实施方式，例如图1中所示的实施方式，允许使用保护层6获得表面保护，保护层6保持光学微结构3与光学组件1的外部环境之间的光学相互作用能力。保护层6(下面讨论其示例性实施方式)能够实现光学微结构与环境的光学相互作用，而不会随时间改变所需的光学功能。可以使用各种技术来执行光学组件1的制造，例如电子束技术、光刻工艺、CMOS技术或硅基技术或其组合。这可以包括材料蚀刻工艺(例如湿法蚀刻、干法蚀刻)和其他典型的后端工艺(例如金属化)或涉及基板上的其他微部件的异质集成的步骤(例如，倒装、接合)，这是本领域技术人员已知的。

图2示出了根据本发明第二实施方式的光学组件1的示意性横截面示意图。在此实施方式中，光学微结构3嵌入在基板2中，并且光学相互作用区域4因此是平面的且与表面5齐平。此外，此实施方式中的保护层6存在于基板2的整个(顶部)表面5，甚至延伸到基板2的背面。考虑到施加保护层6的处理步骤，这可能是有利的。图1和图2中所示的实施方式的变化也是有利的，例如，保护层6存在于整个表面5上(包括前侧、后侧以及前侧与后侧之间的边缘)。应注意，为了在恶劣环境中正确操作光学组件1，在光学相互作用区域4上方提供保护层6就足够了。保护层6不必覆盖光学组件1的其余部分。

在本发明的另一实施方式中，保护层6与光学相互作用区域4相关联的外表面共形。保护层6的共形层实现方式用具有基本均匀厚度的涂层覆盖所有表面，这意味着共形层6的厚度在存在保护层6的整个光学相互作用区域4上基本相同。用于共形涂层的沉积方法的示例是原子层沉积(ALD)(例如，热ALD或等离子体增强的ALD)。与光学相互作用区域4相关联的外表面横跨例如图案化或压印在表面5中的光学微结构3。对于图案化的光学相互作用区域4，共形保护层6以基本均匀的方式覆盖光学微结构3的台阶、拐角以及曲线(如图1的实施方式中所示)。在本发明的又一实施方式中，保护层6包括具有防腐蚀特性的材料。因此，当暴露于腐蚀性恶劣环境时，保护层6将保护光学微结构3(以及光学相互作用区域4的表面5的周围部分)免于劣化(腐蚀和溶解)。

为了允许渐逝场感测，选择保护层6使得其不会不利地影响光学微结构3的光学性质。在本发明的另一实施方式中，保护层6是选自以下群组中的一或多种材料：碳化硅(SiC)、类金刚石碳(DLC)、TiO₂或Al₂O₃。DLC在本领域中也称为非晶碳的亚稳态形式。除DLC之外，这些材料中的每一种本质上都是介电的并且可以受控厚度沉积在光学微结构上。将SiC(主要以其非晶形式(α-SiC))、TiO₂或Al₂O₃用作保护层6由于其兼容性和易于与应用于光学组件1的Si和Si基微加工技术集成而具有优势。另外，诸如惰性、持久的机械稳定性、生物相容性及光学相容性的性质使其成为用作本发明实施方式的保护层6的良好候选物。DLC类型的保护层6对强氧化剂提供非常好的化学惰性，所述强氧化剂例如用于纸漂白工业或废水处理工厂中。此外，虽然已知这些材料是不良的光学波导，但仅涂覆薄涂层确保保护层6不会不利地改变光学微结构3的底层波导中的光传播。保护涂层材料与作为主要光载体装置的光学微结构3的材料的可能选择相容，来自高质量光学级材料如Si、SiO_x、SiN及III-V材料。因此，本发明示例允许保护单模光子波导作为光学微结构3的实施方式而不损害光学性质。

当用于水性或腐蚀性化学环境时，用于传输光通过光学微结构3的光学级Si和SiN波导溶解、凹陷和分解。在光学微结构3中的光与环境相互作用的应用中，例如，在感测活动中，光学微结构3的质量及相关的光学相互作用区域4的劣化对光学组件1的性能具有直接影响。暴露于光学组件1的物质可以是用于传感器的目标分析物。分析物例如存在于组织、体液如间质液、尿液或血液等。或者，当参考光学组件1在例如(通常用于例如石油化学环境中)发酵罐、燃料箱或燃料管道中的操作时，光学组件1可用于感测化学流体的存在。如上所述，保护层6使得光学微结构3与环境的光学相互作用能够随时间的推移，而不改变其结构、物理、光学或化学性质。由于这个原因，易受化学或生物降解影响的聚合物层或者会影响传感器光学性能的聚合物层不被选为保护层6。设备的所有其他区域可以但不得用聚合物保护。

在本发明的又一个实施方式中，保护层6是无孔的，例如，保护层6包括本质上无孔的材料。此实施方式防止在保护层6中出现孔隙通道或针孔，这将允许化学或生物流体在操作期间与光学微结构3直接接触，从而降低光学组件1的材料和光学性能。在具有无孔保护层6的情况下，即使在长期操作使用之后，也可以防止光学相互作用区域4与恶劣的感测环境的任何直接暴露。

渐逝场感测利用支持单模和多模波传播的光学微结构3。多模光学微结构3的厚度大于用于被待测化合物吸收的光的波长。然而，由于渐逝场强度水平相对较低，检测方法对于传感应用是有限的。单模波导通常包括沉积在低折射率包层上的非常薄(小于光的波长)高介电折射率芯。通常使用薄膜沉积技术或外延生长来制造膜。由于表面处的高场强，在芯与包层之间具有大折射率差异的单模波导(高对比度波导系统)提供更高的灵敏度。具有高折射率对比度的单模平面波导使得远离波导表面的渐逝场的快速衰减，没有明显的强度超过光波长的一半(约250nm-300nm)，而低对比度单模和多模式配置通常表现出1-2μm的穿透深度。在又一实施方式中，保护层6的厚度等于或小于光学微结构3(例如光学波导)的50％。厚度甚至可以更小，例如小于30％或甚至小于10％。保护层6选择为等于或小于50％，因为较厚的层可能首先影响传感介质对光学渐逝场的可接近性，并且其次实质上使整体光学性能劣化。由于光学微结构3中存在渐逝场的有限距离，保护层6有利地尽可能薄。

导波在光学微结构3中的传播可以是横向电(TE)偏振导波或横向磁(TM)偏振导波。TE波的电场矢量平行于平面波导的表面，并且TM波的电场矢量垂直于平面波导表面。光学微结构3的整体灵敏度很大程度上取决于波导材料及其设计。具体地，优化呈指数衰减电场与保护层6的厚度的重叠并使波导表面处的电场强度最大化，可以优化光学组件1的检测灵敏度。实际上，与厚保护层6相比，薄保护层6导致在光学微结构3外部具有大量的渐逝场。保护层6可以应用于任何类型的光学微结构3，而不管光学微结构3支撑哪种偏振导波。使用薄抗腐蚀保护层6的优点在于它允许光学微结构3的整个波导与其环境的光学相互作用而不使表面劣化，并且因此在生物或其他腐蚀性环境中具有高寿命。

在示例性实施方式中，光学微结构3是暴露于环境的具有一定长度(通常是与包层区域中的分析物的最大相互作用的最佳长度)的螺旋波导。光由螺旋波导引导，所述螺旋波导被配置为具有引导模式或与环境重叠模式的渐逝尾部。光与环境的相互作用将影响光的光谱幅度。

在示例性实施方式中，光学微结构3是微环谐振器(MRR)、紧凑型波长选择设备。在三端口MRR的情况下，提供三个端口，称为‘输入端口’(耦接输入光)、‘直通端口’(耦接输出光)和‘下降端口’(耦接输出光)。当光信号通过MRR的‘输入端口’时，一部分光信号被渐逝地耦接到腔中，该部分光信号围绕环传播并干扰来自‘输入端口’的输入信号的后到达部分。(空腔场和输入信号场)的破坏性干扰导致大部分光通过直通端口，并且相长干涉将导致大部分输入功率使环成圆形并最终出现在‘下降端口’中，再次通过渐逝耦接。换句话说，谐振波长周围的光在‘下降端口’中显示为峰值，在‘直通端口’中显示为下降。MRR的共振波长受其渐逝场的变化的高度影响，所述渐逝场用于将其用作生物和化学应用的强光学渐逝场。更一般地，取决于系统的损耗(传播损耗和耦接损耗)，光保持在内部并围绕环‘N’圈，由环的品质因数确定圈数。一方面，这有效地增加了与分析物的相互作用，另一方面也对周围环境的任何微小变化都非常敏感。

在示例性实施方式中，光学微结构3是基于缝隙波导的引导结构。缝隙波导包括由低折射率的缝隙区域分开的两个高折射率臂。在光学缝隙波导中(例如，在SOI技术中通过电子束或深UV光刻制造)，高折射率对比度材料之间的界面处的电场不连续性使得能够在低折射率材料的纳米尺度区域(间隙区域)内实现高光学限制。使用诸如螺旋波导、微环谐振器、圆盘谐振器以及一维光子晶体的缝隙波导可以实现各种光学微结构。在缝隙区域中形成的极高场强度与缝隙引导结构的有效折射率相结合，对其环境的折射率变化非常敏感，使其成为有效的光学传感器。

图3示出了根据本发明另一实施方式的光学组件1的示意性横截面示意图。在此实施方式中，光学微结构3在基板2中被蚀刻，并且光学相互作用区域4因此是表面5中的图案化的谷。此实施方式中的保护层6与蚀刻的谷及光学微结构3的表面5共形。

在又一实施方式中，保护层6延伸到基板2的后侧和边缘上。考虑到施加保护层6的处理步骤，这可能是有利的。图4示出了根据本发明的此实施方式的光学组件1的示意性二维剖视图。类似于图3中所示的实施方式，这里光学微结构3在基板2中被蚀刻，并且光学相互作用区域4因此是表面5中的图案化的谷。

在本发明的另一实施方式中，保护层6是光学透明的(低光学损耗)。在另一实施方式中，保护层6在电磁波谱的可见波长区域或红外(IR)区域中是透明的。这可以在近IR波长范围(700nm与2500nm之间)或中IR波长范围(2.5μm至8μm)。光学组件1可适用于其中例如葡萄糖具有特定的吸收峰值或散射共振的波长区域。例如，光学组件可适用于在第一泛频带(1500nm至1850nm)和/或组合带(2080nm至2325nm)中操作，其中葡萄糖具有许多吸收带并且水具有相对较低的吸收。选择使用哪个波长范围例如也可以基于可用的辐射源。

在本申请中对光或辐射的参考是指电磁辐射。所设想的光是具有合适波长或波长范围的的辐射，用于感测(即检测或成像)物质。在一些实施方式中，使用的光是可见辐射或IR辐射，例如，近IR辐射或中IR辐射。在一些实施方式中，辐射具有700nm与2500nm之间，或2.5μm与8μm之间的波长或波长范围或其组合，但是本发明实施方式不限于此。例如，用于硅光子学的制造和集成技术在以1550nm为中心的电信波长范围内得到很好的发展，可以用于本发明光学组件1的简单可靠且成本有效的制造。

图5示出了本发明的光学组件1的又一实施方式的横截面示意图。在此实施方式中，光学组件1包括附接到或集成在基板2中的处理电路7。辐射源8和检测器连接到处理电路7。接口电路9(例如，电子电路)连接到处理电路7、至少一个辐射源8及检测器。在此实施方式中，光学组件1例如是植入式传感器、(部分地)浸入式传感器或浮动传感器，在操作中，处理电路7、辐射源8、至少一个检测器和/或接口电路9(有线或无线)被设置用于光学感测与光学相互作用区域4接触的物质。保护层6覆盖光学组件1的光学相互作用区域4。检测器可以集成在光学组件1中，以将光学信号转换成电信号。检测器可以是处理电路7的一部分，或者可以设置为单独的设备。在处理电路7处理处理后的辐射之后，可以通过接口电路9产生输出信号。接口电路9便于将数据和功率传输进光学组件1并从光学组件1传输数据和功率。

如图5所示，辐射源8和接口电路9电连接到处理电路7并由处理电路7控制，而辐射源8和检测器与光学微结构3光学连通。处理电路7例如实施为光子集成电路并且被设置用于光谱控制从辐射源8发射的辐射，辐射源8的辐射用于例如感测物质，并(光学或电子地)处理感测信号。处理电路7可包括电子或流体电路，其单片地、混合地或异质地集成在光学组件1内。换句话说，光学组件可以被设置用于捕获从辐射源8引导并且与光学微结构3的光学相互作用区域4接触的物质相互作用的辐射。处理电路7可包括多个集成部件，例如波导、多路复用器、去多路复用器、耦合器、分路器、滤波器以及可调元件。处理电路7适用于以波长相关的方式处理辐射。在本发明的至少一些实施方式中，处理电路7可包括光学部件。处理电路7例如用作多路复用器或去多路复用器或其一部分、干涉仪或其一部分、集成光学腔、集成光学谐振器、集成光学耦合器、波导、光栅或其组合。处理电路7可以例如包括用于将辐射与芯片耦接和解耦的耦合器。耦合器的一个示例可以是片上衍射光栅。可以使用光学设计技术优化捕获芯片上的辐射的耦合器以捕获最佳量的光。处理电路7可以是干涉仪、可调滤波器、阵列波导光栅(AWG)、平面凹面光栅(PCG)或其组合。此实施方式的优点在于，基于光子集成电路的辐射处理器可以用作处理电路7，以允许光学组件1的小型化。小型化使得装置紧凑，以使得存在于生物中的体液的自然流动或者物质的自然扩散能够有可能感知和持续监测物质。例如使用光学表征进行感测也是有利的，因此不需要试剂或其他辅助物质。这些优点导致可靠且长期可用的光学组件1，而不需要显着的用户相互作用。

图6示出了本发明的光学组件1的又一实施方式的横截面示意图。在此实施方式中，光学组件1包括附接到或集成在基板2中的处理电路7，其中辐射源/检测器8连接到处理电路7。接口电路9连接到处理电路7和辐射源/检测器8。在此实施方式中，保护层6覆盖光学组件1的基板2的所有表面。

在替代或另外的实施方式中，光学微系统组件1是植入式传感器。传感器可以用于感测包括人类在内的生物体内的物质，但是本发明不限于此。生物可以是可以植入传感器的任何生物。可以是例如植物或动物，例如哺乳动物或非哺乳动物。可能是冷血动物或温血动物。在一些优选的实施方式中，提供了用于感测葡萄糖的传感器，虽然也提供了用于感测其他物质的传感器，例如尿素、乳酸盐、肌酸酐、甘油三酯、蛋白质、胆固醇以及乙醇。或者或除此之外，物质因此也可以包括组织本身，并且可以成像为目的进行感测，例如，血管、神经、癌组织、细胞变化等。应注意，主要进行感测的波长可以由待感知的物质确定。因此，选择待检测的，即检测、成像或监测的不同物质可能导致需要使用与葡萄糖所述相似的组分，但在另一波长区域或转换器中具有可操作性。为方便起见，将参考葡萄糖感测进一步描述本发明的实施方式，但本领域技术人员将清楚，实施方式和示例中的描述可变异地适用于以在不同波长或不同物质进行物质感测的实施方式。传感器可以例如通过特定的检测元件和/或辐射源以及光学处理器中使用的光学部件来适配，以用于近IR辐射波长范围，例如，在700nm与2500nm之间的范围内。

光学组件1的光子和/或电子部件可以例如单片地、异质地或通过混合方法集成。单片集成是使用单一处理流程来处理可能使用不同材料的各种部件(例如，硅光子集成电路(IC)中的外延生长锗探测器)的集成技术。异构集成是以单独的工艺流程处理部件的集成技术，所述部件随后以管芯或晶片级集成，例如，BCB键合、晶片键合、其他键合方案或3D集成。混合集成是在处理的光子集成平台上集成部件或材料，例如，探测器倒装、凸块加工、胶合、引线键合、共包装等。

描述了本发明实施方式的设备和方法用于各种材料，包括Si、Si相容材料、III-V材料、聚合物、SiN/SiO_x。在示例性实施方式中，本发明涉及一种实施方式，其中光学组件1是基于SiN的材料实施方式。SiN是用于高度集成的光子电路的材料实现。高折射率对比度允许具有亚微米尺寸的光子波导和波导部件以非常小的尺度引导、弯曲和控制光，使得各种功能可以集成在小芯片上。

基于SOI的光学微结构3允许高度小型化，这是有利的。此外，通过使用例如光栅耦合器或另一耦接元件，可以将光有效地将光耦接进出光学微结构3。使用SOI也有一些技术优势。由于CMOS工业，硅技术已达到成熟水平，在性能、光刻精度、再现性及产量方面优于任何其他平面芯片制造技术若干数量级。纳米光子IC可以用晶片规模工艺制造，这意味着晶片可以包含大量的光子集成电路。结合成本相对适中的大晶片的商业可用性，这意味着每个光学组件1的价格可以非常低。

在另一方面，本发明涉及一种制造光学组件(例如，根据本文所述的任一实施方式的光学组件1)的方法。方法包括：提供具有集成光学微结构3的基板2，所述集成光学微结构3形成光学相互作用区域4；以及至少在光学相互作用区域4上提供保护层6。如上所述，保护层6可以与光学相互作用区域4的外表面共形地提供，为此可以有利地使用如上所述的处理替代方案。可以选择使用的沉积技术(尤其用于沉积保护层6)以增强或优化保护层6的一个或多个特性。在替代实施方式中，可以优化沉积方法以使保护层6设置为无孔层。

施加保护层6的方法可以使用众所周知的许多薄膜制造技术中的一种。例如，这可以是化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、溅射、脉冲激光沉积(PLD)或分子束外延(MBE)沉积技术。当使用PECVD方法时，可以但不限于使用硅烷和甲烷作为主要气体，用于在光学微结构3的顶部上沉积SiC或DLC层作为保护层6，而不影响其光学透明度和进一步的光学特性。可以使用与制造光学微结构3相同的制造方法(例如，通过光刻和干式反应蚀刻方法构造和图案化)来沉积和构造保护层6。

上面参考如附图中所示的多个示例性实施方式描述了本发明。一些部件或元件的修改和替代实施是可能的，并且包括在所附权利要求中限定的保护范围内。