[實用新型]基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320269758.6
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN203299121U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊天;賀曉龍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/25
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于生物傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器。?

背景技術(shù)

將生物光學(xué)傳感與光纖導(dǎo)波結(jié)合可以使傳感系統(tǒng)中的光學(xué)通路由光纖實現(xiàn)，減小系統(tǒng)的復(fù)雜性和體積，提高系統(tǒng)的可靠性與便攜性。因此，近年來人們開始研究制備于光纖端面（垂直于光纖方向的平面）的無標(biāo)記生物光學(xué)傳感元件，這包括基于表面等離激元共振的貴金屬納米結(jié)構(gòu)、基于光子晶體共振的介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)、基于波導(dǎo)耦合的結(jié)構(gòu)等等。?

在已有的關(guān)于光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)的報道中，既有基于單模光纖的，也有基于多模光纖的。前者可以方便地與單模光纖導(dǎo)波系統(tǒng)結(jié)合，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，但是加工難度大。同時，由于單模光纖的導(dǎo)波模式具有較大的發(fā)散角，導(dǎo)致了傳感器靈敏度的降低。這是因為光纖端面的無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性通常對入射角非常敏感。例如，周期性貴金屬納米結(jié)構(gòu)是一類典型的無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)，其通過表面等離激元共振波長的移動來檢測溶液折射率的變化，而此共振波長同時也隨入射光的角度變化。因此單模光纖的大發(fā)散角就造成了不同的共振波長被激發(fā)，其綜合表現(xiàn)就是展寬的反射共振譜和減小的反射共振谷的深度，造成傳感靈敏度的下降。?

而多模光纖的芯徑大于單模光纖，從而其基模發(fā)散角也更小。因此當(dāng)多模光纖端面的無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)只被多模光纖的基模激發(fā)時，反射譜寬和譜深會比單模光纖有明顯改善。但是，完全基于多模光纖的光學(xué)系統(tǒng)，很難保證在基模工作，其對光學(xué)校準(zhǔn)、光纖彎曲都非常敏感從而靈敏度下降。?

為此我們注意到，單模光纖與多模光纖基模的模場匹配耦合已經(jīng)可以通過不同的方法實現(xiàn)。一種方法是：先將單模光纖與多模光纖的端面熔接，之后利用氫氧焰加熱熔接點，并將光纖向兩端拉伸，造成中間加熱段變細(xì)。Y.Jung等人在“Adiabatically?tapered?splice?for?selective?excitation?of?the?fundamental?mode?in?a?multimode?fiber（Optics?Letters34，2369-2371，2009）”論文中報道了這樣的單-多模光纖模場匹配耦合，它使單模光纖中的基模通過中間拉錐的部分逐漸高效率耦合到多模光纖的基模而不激發(fā)其他模式。?

本專利發(fā)明了一種用單模光纖傳導(dǎo)光波（從而整個光學(xué)傳感系統(tǒng)具有單模光纖導(dǎo)波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、靈活方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點），通過單模光纖與多模光纖基模的模場匹配耦合來?高效率激發(fā)多模光纖的基模，而無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)在多模光纖的端面這樣一個高靈敏度的傳感器結(jié)構(gòu)。?

實用新型內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的單模光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器的反射譜的共振谷寬、淺從而傳感靈敏度低的問題，以及多模光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器光學(xué)校準(zhǔn)復(fù)雜、穩(wěn)定性差等問題。?

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器，至少包括：?

單模光纖；?

多模光纖，其端面制備有無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)；?

單-多模光纖模場匹配耦合器，連接于所述單模光纖及多模光纖之間，實現(xiàn)所述單模光纖及多模光纖的模場匹配耦合。?

作為本實用新型的基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器的一種優(yōu)選方案，所述無標(biāo)記光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)為具有二維周期性網(wǎng)格狀納米線槽的貴金屬薄膜。?

作為本實用新型的基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器的一種優(yōu)選方案，所述二維周期性網(wǎng)格狀納米線槽的在兩個垂直方向的周期相等且為200～2000nm，納米線槽的線寬為10～200nm。?

作為本實用新型的基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器的一種優(yōu)選方案，所述貴金屬薄膜為Au薄膜、Ag薄膜或Al薄膜。?

作為本實用新型的基于單-多模光纖耦合的光纖端面無標(biāo)記光學(xué)傳感器的一種優(yōu)選方案，所述貴金屬薄膜的厚度為10～100nm。?