[發明專利]光纖包層表面Bragg光柵生化傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201510691314.5
• 申請日: 2015-10-22
• 公開（公告）號: CN105403535A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 羅彬彬;石勝輝;趙明富;鐘年丙;肖漢光;陳立功;鄒雪;張建強;白軍;周登義
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01K11/32;G01D21/02
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及光纖傳感器，具體涉及光纖包層表面Bragg光柵生化傳感器及其制作方法。

背景技術

光纖光柵以其微型尺寸、抗干擾能力強、高靈敏度、絕對測量等優點，為光學傳感器家族在軍用及民用工程的結構監測、海下油田以及許多其他領域的應用提供了重要手段。開發對外部介質折射率敏感的光纖光柵生化傳感器已成為光學傳感和生物化學、生物醫學等學科的交叉領域的研究熱點之一。如血糖濃度測量、藥物的篩選、食品中細菌病毒的檢測，DNA雜交、生物分子相互作用的原位監測，氫氣、TNT炸藥的探測等，均通過光纖光柵生化傳感器測量外部介質折射率的微小變化量，間接的估算被測參量的值或評估生化過程參量的狀態信息。

光纖光柵包括光纖Bragg光柵和長周期光纖光柵兩種基本類型。其中，長周期光纖光柵是將纖芯模到同向包層模，包層模的倏逝場能夠受到外部待測介質的影響導致其諧振波長或強度的變化進行測量，因此長周期光纖光柵本質上不需要經過任何處理即可實現折射率的傳感，但是，長周期光纖光柵不僅對折射率十分的敏感，而且對溫度、應變等物理參數也十分的敏感，因此當將其應用于生化方面的傳感時，會存在嚴重的交叉敏感問題；此外，長周期光纖光柵的3dB諧振帶寬一般>20nm，因此理論上其對外部參量的檢測精度較低。

而光纖Bragg光柵是同向纖芯基模到反向纖芯基模的耦合，其倏逝場的能量僅僅局限于纖芯的內部，因此它本質上對折射率不敏感，僅對溫度、應變或壓力敏感，但是光纖Bragg光柵的3dB諧振帶寬很窄(0.1nm～0.5nm)，因此，理論上其對外部參量的檢測精度很高；此外，光纖Bragg光柵的溫度/應變靈敏度較長周期的溫度/應變靈敏度低得多，因此其交叉敏感效應很小。過去十多年，為了使得傳統光纖Bragg光柵對外部介質折射率敏感，許多人采用化學溶液腐蝕或側面研磨的方法去除光纖Bragg光柵的全部包層或大部分包層，形成微米直徑量級的Bragg光柵(直徑3μm～15μm、長度1mm～20mm)，于是可使其纖芯模的倏逝場透射到外部待測介質中，則光纖Bragg光柵將對外部介質折射率的變化將十分敏感，從而可將其應用于生物化學、醫學、生命科學等相關領域的各種參量和檢測。但化學腐蝕或側面研磨光纖Bragg光柵包層的方法存在許多的缺點，比如：1)無法保證光柵表面的均勻性，因此使得光柵的諧振光譜展寬，導致傳感中的測量精度降低，甚至無法使用；2)降低了光纖Bragg光柵的機械強度，導致使用過程中操作困難、容易折斷。3)化學腐蝕或側面研磨的過程耗時較長，過程不好控制，重復性不好。