[發明專利]基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置

在審

• 申請號: 201410795798.3
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502279A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 白蕓;沈常宇
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供了一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

對于被包被的金屬片，會在金屬片的兩側表面分別激發表面等離子體(SPP)，當金屬的厚度很小的時候，這兩個表面波在金屬中相互耦合，縱向電場為反對稱分布的模式，在金屬中場強所占的分量較少，電磁能量主要集中在兩邊的介質中，由金屬所引起的損耗相對較少，這一技術被廣泛地用于無標記生物傳感器.

長程表面等離子體激元(LRSPP)在光纖內部的激發相對于單一的金屬——電介質邊界短距離的表面等離子體(SRSPP)，損耗更小，靈敏度更高，因為大部分的波能量被位于金屬外層的漸逝波保存。當金屬層非常薄且周圍介質折射率是相同時，長程表面等離子體激元的特性能被充分利用。

傾斜光纖光柵(TFBGs)作為短周期光柵，其特征是通過細微調節折射率角度使其與光纖傳播軸垂直，光芯和包層表現出梳狀透過率的布拉格共振和幾十個包層模諧振。這些獨特的光譜特征，揭示了光纖支持所有模式的行為。表面等離子體與納米厚的鍍金與傾斜光纖光柵結合，開辟了折射率傳感和免疫傳感的高分辨率的道路.

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置。本發明具有高精度，高分辨率，結構簡單，易于操作，敏感度高，可以應用于各類測量環境折射率變化的各種實際工程中。

本發明通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于：由光纖纖芯(1)、光纖包層(2)、透明氟樹脂(3)、納米金層(4)和傾斜光纖光柵(5)組成；傾斜光纖光柵(5)刻寫在光纖纖芯(1)上，光纖纖芯(1)外包覆光纖包層(2)，光纖包層(2)外包覆透明氟樹脂(3)，透明氟樹脂(3)外包覆納米金層(4)，整個裝置呈圓柱對稱。透明氟樹脂(3)厚度范圍為3-10微米，納米金層(4)厚度范圍為10-100納米，傾斜光纖光柵(5)的傾斜角度為2-10度，傾斜光纖光柵(5)的光柵周期為400-600納米，傾斜光纖光柵(5)的柵區長度為2-20毫米，傾斜光纖光柵(5)的布拉格波長為1570-1610?納米。

本發明具有高精度，可重復性，結構簡單，易于操作，安全性能好，高敏感度和分辨度，能夠靈敏測出折射率的變化。

本發明的工作原理是：

傾斜光纖光柵首先涂布了3-10微米厚的透明氟樹脂(Cytop)(透明氟樹脂在波長為1.55微米處折射率接近1.3335)，然后通過一個10-100納米厚的鍍金層，如圖1所示。

涂覆后的傾斜光纖光柵放入水和氯化鋰的混合物中，其濃度根據透明氟樹脂的相對折射率嚴格控制，即在波長1.55微米處接近1.3335。圖3所示涂覆后的傾斜光纖光柵的P偏振光和S偏振光浸入折射率接近1.3335的溶液中的波長范圍從1525至1560納米的透射光譜。

作為鍍金傾斜光纖光柵，S偏振無法耦合到金層和相應的發射光譜中，因此沒有影響。但P偏振的情況并非如此，圖3中清楚地顯示圍繞1545納米的表面等離子激元的信號，對比P偏振的上包絡線，P偏振在1535至1542納米處顯示諧振，這是長程表面等離子體激元，這與短程表面等離子體激元的光譜特征不同。

如圖4所示，針對不同的折射率環境，當外界環鏡折射率為1.3335時，長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元都紅移，長程表面等離子體激元靈敏度為315納米/RIU，短程表面等離子體激元的靈敏度為220納米/RIU；當折射率為1.35左右時，長程表面等離子體激元靈敏度為511納米/RIU，而短程表面等離子體激元靈敏度為10納米/RIU；在折射率接近1.31時，能觀測到相反的特性。可見，當折射率高時，長程表面等離子體激元的靈敏度比短程表面等離子體激元靈敏度高。

附圖說明

圖1是本發明的基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置示意圖；

圖2是本發明的基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置橫截面示意圖；

圖3是涂覆后的傾斜光纖布拉格光柵的S和P偏振光模式插入損耗光譜示意圖；

圖4是不同折射率下長程表面等離子激元和短程表面等離子激元波長偏移示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施實例對本發明作進一步描述：