[發(fā)明專利]一種折射率傳感器制作方法及折射率傳感裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010197437.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN101871886A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵理陽;董新永;金尚忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種折射率傳感器，尤其涉及一種基于傾斜光纖光柵表面等離子體共振的折射率傳感器及利用該傳感器測(cè)量折射率的傳感裝置。

背景技術(shù)

通過折射率測(cè)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種化學(xué)量的傳感如溶液濃度，土壤濕度，生化傳感中的各種蛋白質(zhì)或抗體種類及含量是最直接有效的途徑，也是各行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

基于光纖光柵的折射率傳感器在生物和化學(xué)傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中包括長周期光柵和布拉格光柵。長周期光纖光柵由于其包層模耦合機(jī)制，外界折射率變化會(huì)直接影響包層模式的倏逝場(chǎng)，從而引起其透射譜損耗峰值或共振波長發(fā)生變化，所以長周期光柵可以直接用來測(cè)量外界折射率的變化。利用化學(xué)腐蝕減小光纖半徑、鍍上一層高折射率的薄膜或者利用兩個(gè)長周期光柵組成的光纖干涉儀等都是用來提高折射率傳感靈敏度的方法。其缺點(diǎn)是長周期光柵不僅對(duì)外界折射率敏感，而且對(duì)溫度、彎曲等都很敏感，測(cè)量時(shí)容易受周圍環(huán)境條件變化的影響。

而利用布拉格光柵進(jìn)行折射率傳感時(shí)，必須通過適當(dāng)?shù)墓に囂幚硎蛊湫緦訉?dǎo)模能夠通過倏逝波的作用感應(yīng)到外界折射率的變化。現(xiàn)有的方法有：1、利用化學(xué)方法腐蝕布拉格光柵使其包層直徑到幾個(gè)微米；2、利用側(cè)邊磨拋技術(shù)磨去光纖一側(cè)的包層，纖芯離磨拋后的包層表面距離小于1微米；3、利用傾斜光纖光柵的包層模直接測(cè)量折射率，其折射率傳感分辨率大約為1×10^-4。基于布拉格光柵的折射率傳感器缺點(diǎn)在于使用腐蝕或者磨拋等輔助工藝，降低了傳感器的機(jī)械性能，從而影響使用壽命；同時(shí)分辨率不高也是這類傳感器的一個(gè)局限。

另一方面，發(fā)展較為成熟的相關(guān)技術(shù)是表面等離子體共振傳感技術(shù)。早期的表面等離子體共振傳感器是基于棱鏡結(jié)構(gòu)，體積較大，不易于集成化。目前研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移到基于光纖型的表面等離子體共振傳感器，一般可以結(jié)合光纖拉錐，側(cè)邊磨拋以及多模光纖等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。中國科學(xué)院電子學(xué)研究所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)生物技術(shù)系生物膜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南開大學(xué)信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院等多家單位都在開展表面等離子體共振傳感系統(tǒng)的研究。產(chǎn)業(yè)化方面，瑞典Phamacia公司的基于棱鏡結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振Biacore系列產(chǎn)品已占據(jù)國際市場(chǎng)主導(dǎo)地位，美國TI公司、英國的Iasys公司、以及日本、德國等國家也先后推出了自己的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于傾斜光纖光柵表面等離子體共振的折射率傳感器制作方法及利用該傳感器測(cè)量折射率的傳感裝置。

本發(fā)明中的折射率傳感器制作方法是在傾斜光纖光柵周向表面利用離子濺射鍍膜方法鍍上金膜。

所述的傾斜光纖光柵傾斜角度為4°～10°；

所述的金膜膜厚為20nm～50nm。

本發(fā)明中的折射率傳感裝置包括寬帶光源、起偏器、偏振控制器、折射率傳感器，解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。

帶寬為80nm～100nm寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)起偏器和偏振控制器進(jìn)入折射率傳感器，經(jīng)折射率傳感器的透射光譜輸入到波長解調(diào)儀，通過波長解調(diào)儀得到的等離子體共振波長和布拉格波長送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。

本發(fā)明具有的有益效果：該折射率傳感器能大大提高折射率傳感的靈敏度。同時(shí)利用傾斜光纖光柵自身的布拉格波長，可以用做溫度參考信號(hào)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償折射率測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度變化的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制作得到的折射率傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中折射率傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中折射率傳感器輸出的透射光譜圖實(shí)例。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，在光纖上刻制傾斜光纖光柵1，其傾斜角度為4°～10°。然后用離子濺射方法在傾斜光柵上鍍上一層金膜2，金膜厚在20nm～50nm之間，這樣就形成了折射率傳感器。

如圖2所示，帶寬為80nm～100nm的寬帶光源3發(fā)出的光經(jīng)起偏器4和偏振控制器5進(jìn)入到折射率傳感器6，其透射光譜輸入到波長解調(diào)儀7檢測(cè)。波長解調(diào)儀7測(cè)到的等離子體共振波長和布拉格波長送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)8進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償并且給出相應(yīng)的溶液折射率。

下面根據(jù)傳感器的輸出光譜實(shí)例來詳細(xì)說明等離子共振波長的確定方法及環(huán)境溫度變化補(bǔ)償方法。