【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光纖傳感器，更具體地，涉及一種光纖spr傳感器及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、spr(surface?plasmon?resonance，表面等離子共振)傳感器作為一種無標(biāo)記光學(xué)傳感器，具有高靈敏度和高選擇性，被廣泛應(yīng)用于生物傳感、化學(xué)檢測、醫(yī)療診斷以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。早期的spr傳感器主要是基于棱鏡的spr傳感器，包括otto型和kretschmann型。此類傳感器體積較大，設(shè)備昂貴，無法用于遠距離傳感測量。相比于棱鏡型spr傳感器，基于光纖的spr傳感器具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，可用于在線遠程控制等優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展。一些典型的結(jié)構(gòu)包括在線傳輸型結(jié)構(gòu)，反射型結(jié)構(gòu)，異質(zhì)芯結(jié)構(gòu)和d型光纖結(jié)構(gòu)等。傳統(tǒng)的光纖spr傳感器只能對外界折射率變化進行傳感測量，無法實時監(jiān)測外界溫度變化，然而材料的熱光效應(yīng)導(dǎo)致折射率與溫度密切相關(guān)，因此一種能夠同時測量外界折射率和溫度的光纖spr傳感器對于研究待測樣品的參數(shù)性能具有重要意義。
2、近年來，也有一些學(xué)者提出了能夠同時測量外界折射率和溫度的光纖傳感器方案，但是現(xiàn)有方案存在一些問題，例如，通過測量反射信號強度實現(xiàn)折射率傳感，但是折射率測量采用光強調(diào)制易受環(huán)境光干擾，靈敏度較低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)通過提供一種光纖spr傳感器及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中同時測量外界折射率和溫度的光纖傳感器的靈敏度較低的問題。
2、本專利技術(shù)提供一種光纖spr傳感器，包括：第一光纖、毛細(xì)管光纖和多模光纖；所述第一光纖為能
3、沿所述第一光纖的第一路傳輸?shù)墓庑盘柸肷渲了雒?xì)管光纖的內(nèi)壁，發(fā)生全反射，并與所述毛細(xì)管光纖表面鍍的金屬薄膜相互作用，產(chǎn)生表面等離子共振spr，被所述多模光纖接收，用于外界折射率傳感；
4、沿所述第一光纖的第二路傳輸?shù)墓庑盘柸肷渲了雒?xì)管光纖的空氣腔內(nèi)，經(jīng)過所述毛細(xì)管光纖的空氣腔后被所述多模光纖接收，在輸出端兩路光信號形成馬赫—澤德干涉，用于外界溫度傳感。
5、優(yōu)選的，所述第一光纖為同軸雙波導(dǎo)光纖，所述同軸雙波導(dǎo)光纖包括包層、環(huán)形纖芯和單模纖芯；沿所述環(huán)形纖芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第一路傳輸?shù)墓庑盘枺厮鰡文＠w芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第二路傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>
6、優(yōu)選的，所述環(huán)形纖芯與所述毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁對齊。
7、優(yōu)選的，所述表面等離子共振spr的工作波段為可見光波段，所述馬赫—澤德干涉的工作波段為近紅外波段。
8、優(yōu)選的，所述多模光纖為階躍型多模光纖或漸變型多模光纖。
9、優(yōu)選的，所述毛細(xì)管光纖的空氣腔內(nèi)填充有熱敏材料，所述熱敏材料為pdms、瓊脂、乙醇、葡萄糖溶液中的一種。
10、優(yōu)選的，所述毛細(xì)管光纖的長度為500至1000μm，所述毛細(xì)管光纖為柱狀的毛細(xì)管光纖。
11、優(yōu)選的，所述金屬薄膜為金膜、銀膜、銅膜、復(fù)合金屬膜中的一種；所述復(fù)合金屬膜為金鉻復(fù)合膜、金銀復(fù)合膜中的一種；所述金鉻復(fù)合膜中金作為下層，鉻作為上層；所述金銀復(fù)合膜中銀作為下層，金作為上層。
12、另一方面，本專利技術(shù)提供一種如上述的光纖spr傳感器的制備方法，包括以下步驟：
13、將毛細(xì)管光纖的一端與第一光纖焊接；
14、對所述毛細(xì)管光纖進行切割，使所述毛細(xì)管光纖的長度達到預(yù)設(shè)長度；
15、將切割后的毛細(xì)管光纖的另一端與多模光纖焊接；
16、在所述毛細(xì)管光纖的表面鍍上金屬薄膜，制備得到光纖spr傳感器。
17、優(yōu)選的，在將毛細(xì)管光纖的一端與第一光纖焊接之前，還包括：對所述毛細(xì)管光纖進行腐蝕處理，使所述毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁厚度達到預(yù)設(shè)厚度。
18、本專利技術(shù)中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：
19、(1)本專利技術(shù)提供的一種光纖spr傳感器包括第一光纖、毛細(xì)管光纖和多模光纖，第一光纖為能夠?qū)崿F(xiàn)雙路光傳輸?shù)墓饫w，毛細(xì)管光纖的表面鍍有金屬薄膜，毛細(xì)管光纖的一端與第一光纖焊接，毛細(xì)管光纖的另一端與多模光纖焊接，第一光纖作為輸入光纖，多模光纖作為輸出光纖；沿第一光纖的第一路傳輸?shù)墓庑盘柸肷渲撩?xì)管光纖的內(nèi)壁，發(fā)生全反射，并與毛細(xì)管光纖表面鍍的金屬薄膜相互作用，產(chǎn)生表面等離子共振spr，被多模光纖接收，用于外界折射率傳感；沿第一光纖的第二路傳輸?shù)墓庑盘柸肷渲撩?xì)管光纖的空氣腔內(nèi)，經(jīng)過毛細(xì)管光纖的空氣腔后被多模光纖接收，在輸出端兩路光信號形成馬赫—澤德干涉，用于外界溫度傳感。即本專利技術(shù)利用波分復(fù)用技術(shù)產(chǎn)生表面等離子共振spr和馬赫—澤德干涉mzi，分別進行折射率和溫度傳感，兩個通道彼此獨立，避免了交叉串?dāng)_的問題，不僅能夠同時測量外界折射率和溫度，還具有靈敏度高的優(yōu)點。
20、(2)本專利技術(shù)采用毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁作為折射率傳感區(qū)域，毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁直接暴露在空氣中，引起較強的倏逝場，且表面積相比傳統(tǒng)纖芯可以做的更大，能夠使表面等離子體激元與分析物產(chǎn)生更多的重疊，可進一步提高折射率靈敏度和響應(yīng)速度。本專利技術(shù)采用毛細(xì)管光纖的空氣腔作為溫度傳感區(qū)域，引入空腔模式與內(nèi)壁模產(chǎn)生馬赫—澤德干涉，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度響應(yīng)。
21、(3)本專利技術(shù)中的第一光纖采用同軸雙波導(dǎo)光纖時，利用同軸雙波導(dǎo)光纖引入雙路波導(dǎo)，實現(xiàn)雙參量測量，能夠簡化器件的制備過程，并提高器件的集成度，得到結(jié)構(gòu)緊湊的光纖傳感器。
22、(4)本專利技術(shù)中的毛細(xì)管光纖采用柱狀的毛細(xì)管光纖時，相比于方形或其他多邊形的毛細(xì)管光纖，可以最大限度地利用傳感面積，使表面等離子體激元與待測物產(chǎn)生最大重疊，進一步提高檢測精度。
23、(5)本專利技術(shù)通過向空氣腔內(nèi)填充pdms、瓊脂、乙醇和葡萄糖溶液等熱敏材料，能夠進一步提高溫度傳感性能。
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1.一種光纖SPR傳感器，其特征在于，包括：第一光纖、毛細(xì)管光纖和多模光纖；所述第一光纖為能夠?qū)崿F(xiàn)雙路光傳輸?shù)墓饫w，所述毛細(xì)管光纖的表面鍍有金屬薄膜，所述毛細(xì)管光纖的一端與所述第一光纖焊接，所述毛細(xì)管光纖的另一端與所述多模光纖焊接，所述第一光纖作為輸入光纖，所述多模光纖作為輸出光纖；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述第一光纖為同軸雙波導(dǎo)光纖，所述同軸雙波導(dǎo)光纖包括包層、環(huán)形纖芯和單模纖芯；沿所述環(huán)形纖芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第一路傳輸?shù)墓庑盘枺厮鰡文＠w芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第二路傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述環(huán)形纖芯與所述毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述表面等離子共振SPR的工作波段為可見光波段，所述馬赫—澤德干涉的工作波段為近紅外波段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述多模光纖為階躍型多模光纖或漸變型多模光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述毛細(xì)管光纖的長度為500至1000μm，所述毛細(xì)管光纖為柱狀的毛細(xì)管光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖SPR傳感器，其特征在于，所述金屬薄膜為金膜、銀膜、銅膜、復(fù)合金屬膜中的一種；所述復(fù)合金屬膜為金鉻復(fù)合膜、金銀復(fù)合膜中的一種；所述金鉻復(fù)合膜中金作為下層，鉻作為上層；所述金銀復(fù)合膜中銀作為下層，金作為上層。
9.一種如權(quán)利要求1-8中任一項所述的光纖SPR傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖SPR傳感器的制備方法，其特征在于，在將毛細(xì)管光纖的一端與第一光纖焊接之前，還包括：對所述毛細(xì)管光纖進行腐蝕處理，使所述毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁厚度達到預(yù)設(shè)厚度。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖spr傳感器，其特征在于，包括：第一光纖、毛細(xì)管光纖和多模光纖；所述第一光纖為能夠?qū)崿F(xiàn)雙路光傳輸?shù)墓饫w，所述毛細(xì)管光纖的表面鍍有金屬薄膜，所述毛細(xì)管光纖的一端與所述第一光纖焊接，所述毛細(xì)管光纖的另一端與所述多模光纖焊接，所述第一光纖作為輸入光纖，所述多模光纖作為輸出光纖；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖spr傳感器，其特征在于，所述第一光纖為同軸雙波導(dǎo)光纖，所述同軸雙波導(dǎo)光纖包括包層、環(huán)形纖芯和單模纖芯；沿所述環(huán)形纖芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第一路傳輸?shù)墓庑盘枺厮鰡文＠w芯傳輸?shù)墓庑盘栕鳛檠厮龅谝还饫w的第二路傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖spr傳感器，其特征在于，所述環(huán)形纖芯與所述毛細(xì)管光纖的內(nèi)壁對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖spr傳感器，其特征在于，所述表面等離子共振spr的工作波段為可見光波段，所述馬赫—澤德干涉的工作波段為近紅外波段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖spr傳感器，其特征在于，所述多...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉威，
申請(專利權(quán))人：江蘇科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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