[發明專利]高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器及其制造方法

無效

• 申請號: 201210483313.8
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102967582A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 張小貝;殷趙輝;楊萍;龐拂飛;劉云啟;王廷云
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器及其制造方法，屬于光纖器件領域。

技術背景

上世紀以來，光纖通信以及光纖傳感領域發展迅速。光纖及光纖器件是光纖傳感的傳輸媒介，其發展程度的高低在很大程度上決定著光纖傳感領域的發展。光纖傳感器抗干擾能力強、絕緣性好安全度高、靈敏度高、重量輕體積小易于集成，因而在很多行業如能源石化、資源勘探、生物醫療等領域均有著廣闊的應用前景。隨著光纖傳感領域的快速發展，對光纖器件的要求也越來越高，具有微尺寸、高靈敏度、快速響應等優勢的新型光纖器件逐漸成為研究的熱點。其中，微納光纖器件以其低損耗、低成本、高性能、高可靠性在光纖器件中占據了很大份額。與普通單模光纖相比，微納光纖的很大一部分光場能量以漸逝波的形式在芯外傳播，這部分芯外漸逝場與環境相互作用時，對周圍環境的折射率變化很敏感，因此可以被應用為高靈敏度的微型傳感器。另外，F-P腔以及基于F-P腔的各種傳感器現已被廣泛應用，但是普通基于F-P腔的傳感器靈敏度不高，響應速度較慢。近年來，隨著各種微加工技術不斷成熟，基于光纖端面、光纖表面和光纖內部而進行的微結構制備得到了大力發展，極大地促進了各種新型光纖微傳感器在傳感方面的應用。

用飛秒脈沖激光在微納光纖內部制備F-P微腔以及基于F-P微腔的復合傳感器應用很少。使用飛秒激光器在微納光纖內部刻寫F-P微腔，并制成由微納光纖F-P微腔和結型微納光纖環形腔構成的微納光纖復合型微腔，其Fano諧振譜線在中心波長處具有極大的變化斜率，陡峭的斜率可以把微小的環境參量變化轉化為大的可探測的強度變化，可極大地提高生化傳感器的靈敏度，可以實現比普通F-P腔更高的分辨率、更高的靈敏度以及更大范圍的傳感。再加以改進工藝，可以實現快響應速度和高靈敏度的微納米量級生化測量。

發明內容

本發明的目的在于改善現有F-P腔以及基于F-P腔的各種傳感器靈敏度不高，響應速度較慢的不足，提供一種高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器及其制造方法，以實現更高靈敏度、更快響應速度和微量檢測，這將在微型化和高靈敏度的生化傳感領域有廣泛應用前景。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器，由一根微納光纖和在其內部的第一光纖內部反射鏡、第二光纖內部反射鏡和微納光纖F-P腔以及一個結型微納光纖環形腔構成，其特征在于：所述微納光纖是由普通單模光纖進行熔融制成的在微納光纖內部用飛秒激光制作兩個反射鏡，然后在兩個反射鏡之間打結，最終制成由微納光纖F-P腔和結型微納光纖環形腔構成的微納光纖復合型微腔；該微納米光纖復合型微腔的Fano諧振譜線在中心波長處具有極大的變化斜率，陡峭的斜率可以把微小的環境參量變化轉化為大的可探測的強度變化，極大地提高了生化傳感器的靈敏度。

一種高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器的制造方法，用于制作上述高靈敏度微納光纖復合型微腔生化傳感器，其操作步驟如下：

1）微納光纖制備：用氫氧火焰作為熱源對一段長2米????????????????????????????????????????????????0.2米的單模光纖進行熔融制成微納光纖：在此單模光纖中間剝去長3厘米0.3厘米的涂覆層，并用酒精擦拭干凈裸纖部分，放置在間距為5cm0.5cm的光纖夾具上，尾纖的一端連接到寬帶光源，另一端連接至光功率計，用以監控單模光纖在熔融過程中的損耗變化情況。通過熱源的氫氣流量和火焰溫度等參數的優化設定，可以保證所制得的微納光纖均一性較好。

2）飛秒激光制作微納光纖復合型微腔：將制備的微納光纖置于三維移動平臺上，使微納光纖軸向垂直于飛秒脈沖激光光束的傳輸方向；飛秒脈沖激光通過顯微鏡的物鏡聚焦于光纖熔錐錐腰的中心，三維移動平臺沿飛秒脈沖激光傳輸方向移動，使飛秒脈沖激光的聚焦點沿光纖徑向掃描光纖熔錐的錐腰，至飛秒激光刻寫區域覆蓋光纖熔錐錐腰區的纖芯，即單個反射面制備完畢；每制作一個反射面時，三維移動平臺的移動距離為錐腰直徑的二分之一，移動速度為0.7-0.8?μm/s；控制臺沿x軸向錐腰另一端移動所需腔長的距離，完成第二個反射面的制備。在制備好的兩個反射面之間對微納光纖打結，就制成了由微納光纖F-P腔和結型微納光纖環形腔構成的微納光纖復合型微腔。

本發明的工作原理