[發明專利]一種側面拋光開環型PCF-SPR傳感器

有效

• 申請號: 201810360037.3
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108872157B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 夏歷;楊曌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G02B6/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種側面拋光開環型PCF?SPR傳感器，包括纖芯和包覆于纖芯外部的包層，纖芯同包層不同心，在包層上設有沿纖芯軸方向排列的空氣孔；空氣孔包括一個第一空氣孔、多個第二空氣孔及多個第三空氣孔，第一空氣孔位于光纖橫截面正中心，第二空氣孔圍繞第一空氣孔呈層數為K的環形N角結構，第三空氣孔對稱地位于纖芯兩側，取代第二空氣孔位置；在光纖側面設置拋光平面，在拋光平面上設有開環；開環上鍍有傳感膜，開環作為傳感通道。本發明采用側面拋光光纖端面和開環結合的方式，SPR傳感層極大靠近于纖芯，能高振幅或高波長靈敏度探測如液態氧、液態CO₂、含氟類有機物等折射率低于1.3的物質，且能多通道傳感，擴大了現有PCF?SPR傳感器的應用范圍。

技術領域

本發明涉及生化檢測和光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種側面拋光開環型PCF-SPR傳感器。

背景技術

表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,簡稱SPR)傳感技術是一種先進的光學感測技術。傳播在金屬和電介質界面的表面等離激元(Surface Plasmon,簡稱SP)對入射光以及待測介質折射率的變化極其敏感，基于此原理制造了大量SPR傳感器。傳統的SPR傳感器例如棱鏡型由于其體積龐大，不適合基于移動光學和機械部件的應用領域，這種局限性導致了在20世紀90年代出現了基于光纖的SPR傳感器。通常是先剝除普通光纖的包層，然后在纖芯上鍍上金膜或銀膜層，主要利用從纖芯泄露的倏逝場與外界物質相互作用實現傳感。近年來，光子晶體光纖(PCF)的出現，為新型的SPR傳感器提供了巨大的潛力。與傳統光纖相比較，PCF體積小巧，設計靈活多樣，具有特殊的多孔結構和導模機制，可容納樣品以氣體或液體的形式存在于纖芯附近的空氣孔中用于高靈敏度傳感。PCF-SPR傳感器能有效地解決基于傳統光纖或波導的SPR傳感器的相位匹配問題，并且與熒光傳感器相比，PCF-SPR傳感器具有更高靈敏度、實時快速、被測物無需標記、可遠程監控等眾多優點，因此被廣泛應用于生物科技、藥物篩選、環境監測、食品安全等各個領域。專利名稱為“一種光纖表面等離子體共振傳感檢測裝置”(專利申請號200820212280.2)的專利是實現PCF-SPR傳感器的典型代表。自2006年，加拿大的Hassani等人提出首個PCF-SPR傳感器結構以來，目前為止已提出了多種新穎的SPR-PCF傳感器結構設計，具有各自的結構特點和較好的性能應用。目前已有的PCF-SPR傳感器折射率測量范圍大都高于1.30，導致無法測量一些低折射率物質(薄膜、液體CO₂、低折射率氣溶膠粒子等)。此外，多通道SPR傳感器檢測多重分析物時相鄰通道之間容易互相干擾，導致SPR共振光譜曲線展寬，同時還存在多個共振峰，使得實際系統的信噪比降低，存在參數間交叉敏感等問題。且大多數PCF-SPR傳感器在應用方面不突出，且實用性不強。如今，迫切需要設計一款具有靈敏度高，抗干擾，集成性好，多通道測量，滿足靈活性、實用性要求的PCF-SPR傳感器。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種側面拋光開環型PCF-SPR傳感器，旨在解決現有PCF-SPR傳感器靈敏度不高的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種側面拋光開環型PCF-SPR傳感器，包括：

纖芯和包覆于纖芯外部的包層，纖芯同包層不同心，在包層上設有沿纖芯軸方向排列的空氣孔；空氣孔包括一個第一空氣孔、多個第二空氣孔及多個第三空氣孔，第一空氣孔位于光纖橫截面正中心，第二空氣孔圍繞第一空氣孔呈層數為K的環形N角結構排列，第三空氣孔通過取代第二空氣孔位置對稱地位于纖芯兩側，取代第二空氣孔位置；在光纖側面設置有通過切平和拋光處理后形成拋光平面，在拋光平面上設有開環；，開環上鍍有傳感膜，開環作為傳感通道。

優選地，拋光平面位于靠近纖芯的一側。

優選地，在纖芯中心引入設置有第四空氣孔，且第四空氣孔直徑小于與第二空氣孔直徑大小比值小于1。

優選地，開環截面為矩形，開環尺寸可根據被測物質分子大小確定。