[發明專利]新型微納結構的光纖消逝場傳感光纖

無效

• 申請號: 201110209241.3
• 申請日: 2011-07-25
• 公開（公告）號: CN102279438A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 莊須葉;羅吉;姚軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01D5/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于光纖生化傳感器技術領域，涉及用于醫療檢測、環境監控和生化反恐等領域的光纖生化傳感器的制作，具體涉及一種保留包層和包層替換的新型微納結構的光纖消逝場傳感光纖。

背景技術

光纖消逝場傳感器是上世紀80年代提出來的一種新型功能型的光纖傳感器，它利用傳感光纖激發的消逝場能量與處于能量作用范圍內的被測物質相互作用，引起光纖內傳輸能量的吸收來實現傳感效應。參與反應的消逝場能量越多，相應光纖傳感器的靈敏度就越高。它的核心部件是光纖消逝場傳感光纖。傳統的傳感光纖中，通常將光纖的包層除掉，使被測物質與光纖的消逝場能量發生相互作用完成傳感過程。傳感光纖激發的消逝場能量的多少對傳感器靈敏度的高低起到決定的作用，對傳感器性能的優劣有著至關重要的影響。

通過激發高階模式的光波導，促使更多的消逝場能量參與與被測物質的相互作用，可有效提高傳感器的靈敏度。為獲得高階模式的光波導，許多學者通過將傳感光纖制作成錐形、組合錐形、U形等結構或通過對入射光的角度調制等措施對傳感器進行改良。如文獻[B.D.Gupta，H.Dodeja，A.K.Tomar，Fibre-optic?evanescent?field?absorption?sensor?based?on?a?U-shaped?probe(基于能量吸收的U形光纖消逝場傳感器)，1996，Optical?and?Quantum?Electronics?28：1629-1639和Anna?Grazia?Mignani，Riccardo?Falciai，Leonardo?Ciaccheri，Evanescent?wave?absorption?spectroscopy?by?means?of?bi-tapered?multimode?optical?fibers(基于能量吸收的多模雙錐形光纖消逝場探測儀)，1998，52(4)：546-551和Yihui?Wu，Xiaohong?Deng，Feng?Li，Xuye?Zhuang，Less-mode?optic?fiber?evanescent?wave?absorbing?sensor：Parameter?design?for?high?sensitivity?liquiddetection(基于能量吸收的高靈敏度溶液檢測少模光纖消逝場傳感器的參數設計)，2007，Sensors?and?Actuators?B?122：127-133]等所述。雖然通過將傳感光纖制成錐形、組合錐形、U形等形狀可以較好的激勵傳感光纖中的高階模式的光波導，但是因為光在傳感光纖中傳播時存在著模式損耗，降低了傳感器的信噪比，它們激發的高階光波導中的消逝場能量最多也只有光纖中傳輸總能量的30％，同樣存在著傳感能量低的問題，對傳感器靈敏度的提高能力有限。通過調制入射光的角度進行高階模式光波導激勵的方法增加了傳感器系統的復雜性，不利于傳感器的小型化、集成化發展。

光子晶體光纖由于其特異的物理特性，尤其是空心光子晶體光纖(hollow-core?photonic?bandgap?fiber)的空心區內存在著大量的光能，為高靈敏度光纖消逝場傳感器的研制提供了載體。通過將被測物質填充到光子晶體光纖的空心內，可以得到新型的光纖消逝場傳感器，但是工藝過程非常復雜，傳感器的設計、分析工作量大，探測時間長，且難以把與被測物質反應的敏感膜或特征修飾在光纖的空心壁上，限制了傳感器的靈敏度，制約了該類傳感器的應用和發展。如文獻Jian?Sun，Chi-Chiu?Chan，Yi-Fan?Zhang，Analysis?of?hollow-core?photonic?bandgap?fibers?for?evanescent?wave?biosensing(應用于消逝場生物傳感的空心光子晶體帶隙光纖分析)，Journal?of?Biomedical?Optics，2008，13(5)：054048和Y.Y.Huang，Y.Xu，and?A.Yariv，Fabrication?of?functional?microstructured?optical?fibers?through?a?selective-filling?technique(利用選擇性填充制作微納結構功能光纖的工藝方法)，Appl.Phys.Lett.，2004，85：5182-5184所述。

發明內容

為解決技術背景中傳感光纖激發的消逝場能量低、制作工藝復雜的問題，本發明的目的是提供一種新型微納結構光纖消逝場傳感光纖。