[發明專利]一種綜合時分復用和波分復用技術的多通道光纖SPR系統

有效

• 申請號: 201810061418.1
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108414453B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 劉強;彭偉;袁會真;王佳賓
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種綜合時分復用和波分復用技術的多通道光纖SPR傳感系統。在光纖傳感器件上構建2個傳感通道，采用不同的鍍膜結構使其具有不同的SPR共振波長，基于波分復用的技術實現雙通道檢測。同時結合時分復用技術，在僅使用一個光源和一臺光譜儀的條件下，計算機端輸出TTL信號控制光纖雙路開關實現兩條光路中的光源控制，采集對應的光譜數據進行實時SPR信號解調，進而實現四通道光纖SPR傳感。本發明保持光纖SPR系統體積小、高靈敏、實時響應、可遠程傳感的優勢下擴展了檢測通道數目，可應用于食品安全和環境監測等多分析物檢測領域。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種綜合時分復用和波分復用技術的多通道光纖SPR系統。

背景技術

光纖表面等離子體共振傳感器(SPR)是將高靈敏度的表面等離子體共振傳感技術與低能量消耗的光纖傳輸技術有機結合的產物。它集合了SPR效應對環境介質折射率變化非常敏感的優點，同時又兼有光纖本身柔軟、可繞曲、電絕緣、耐腐蝕，使用時不發熱、無輻射，能在強電磁干擾、易燃易爆、毒性氣體等復雜環境條件下工作等獨特的優點。當光從光密介質入射光疏介質時會在兩種介質的界面處發生全反射，此時光波的電磁場強度在分界面處并不立即減小為零，而是隨入射深度呈指數衰減，形成消逝波。消逝波的有效深度一般為100-200nm，由于光纖SPR傳感器金屬膜厚度小于消逝波的深度，在金屬膜與溶液或空氣界面處，消逝波仍起作用。同時在金屬膜與樣品的界面處，金屬表面的自由電子被激發，形成表面等離子體波。當消逝波波矢與表面等離子波波矢相等時，有最小反射率。它能夠對傳感器表面待測介質組成的微小變化作出靈敏的響應,適用于研究傳感器表面敏感層中物質與介質溶液的生物及化學反應,進而定量測定介質溶液中的微量生物和化學活性物質。由于實際應用場景中通常不僅僅需要檢測一種物質，而是多種目標檢測物的混合物，比如疾病診斷過程中通常需要檢測多種待測物的濃度，水質檢測過程中需要檢測多種污染物水平等，構建一種低成本、小型化、高靈敏，并且可以多通道檢測的SPR系統成為光纖傳感領域的迫切需求。

發明內容

本發明為解決上述問題，旨在提供一種綜合時分復用和波分復用技術的多通道光纖SPR系統，利用波分復用技術實現雙通道光纖SPR傳感器；同時結合時分復用技術，實現一個光源和一臺光譜儀的條件下的四通道、高靈敏檢測。

一種綜合時分復用和波分復用技術的多通道光纖SPR系統，包括寬譜光源1、光纖跳線a2、TTL光纖雙路開關3、光纖跳線b4、雙通道光纖SPR傳感器5、光譜儀6、數據線7和計算機8；

寬譜光源1發射的寬譜光依次經過光纖跳線a2分為兩束寬譜光，再分別依次經過TTL光纖雙路開關3、光纖跳線b4和雙通道光纖SPR傳感器5；計算機8輸出的TTL信號經過數據線7輸入到TTL光纖雙路開關3中，控制TTL光纖雙路開關3的快門，實現兩路光信號的控制；雙通道光纖SPR傳感器5輸出的光信號再經過光纖跳線a2匯總為一束寬譜光入射到光譜儀6中；光譜儀6輸出的光譜信號經過數據線7輸入到計算機8中。

所述的光纖跳線a2，為1分2Y型光纖跳線；所述的光纖跳線b4，為直線型光纖跳線。

所述的雙通道SPR傳感器5，根據不同金屬膜層調制來調節共振波段；采用纖芯直徑為300-500μm、數值孔徑不低于0.22的光纖，構建兩個傳感通道，長度為5mm-10mm；在傳感通道表面均勻濺射鍍膜，其中一個傳感通道表面按照銀-金的順序濺射總厚度為45nm的銀-金雙層膜9，其中，銀膜的厚度為30nm，金膜的厚度為15nm；另一個傳感通道表面按照金-ITO-金的順序濺射總厚度為63nm的金-ITO-金三層膜10，其中，底層金膜的厚度為30nm，ITO膜厚為18nm，外層金膜的厚度為15nm；兩個傳感通道的共振波長均處于可見光與近紅外波段，降低檢測系統成本。