[發明專利]一種微納光纖長周期光柵折射率傳感器

有效

• 申請號: 202010017503.5
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111157490B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 冉洋;胡德明;徐志遠;龍俊求;關柏鷗
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳宏升

本發明公開了一種微納光纖長周期光柵折射率傳感器，包括依次連接的寬帶光源、微納光纖、溝道陣列平板，以及與微納光纖連接的波長檢測單元；寬帶光源用于光源的輸入，即輸入信號；微納光纖設置在溝道陣列平板上，微納光纖軸向與溝道陣列平板的陣列周期方向一致；溝道陣列平板的溝道陣列為周期性溝道陣列，其溝道通入液流，所述液流與微納光纖接觸，構成對微納光纖的周期性調制，形成微納光纖長周期光柵；波長檢測單元用于輸入信號的波長檢測；本發明所述光柵折射率傳感器，其諧振信號強度與波長由其平板溝道陣列中所通入液流的折射率所決定，能實現對液流折射率的高靈敏度測量，制作簡單、成本低、調制靈活、復用能力強且具有良好的重復使用性。

技術領域

本發明涉及光纖光柵折射率傳感的研究領域，特別涉及一種微納光纖長周期光柵折射率傳感器。

背景技術

光纖折射率傳感器可以通過光纖倏逝場實現傳輸光與液流的相互作用。以此為基礎，光纖生化傳感器利用光波在光纖與外環境界面處產生的倏逝波，將光纖表面的特異性生物化學反應信息通過折射率變化的方式反饋于光傳輸信號，因此，只要對光信號參量進行追跡便可以實現對生物化學量的免標記探測。這種檢測方式只與待測物濃度有關，并不依賴樣本總量，符合微量樣本測量的發展趨勢，同時其操作簡便性和個體性有潛力實現原位現場檢測，具有良好的應用基礎和廣闊的發展空間。

微納光纖作為一種新型的倏逝場光學器件，自出現以來便引發了業內的廣泛關注。一方面，其具有高比例倏逝場，對外界折射率的變化非常敏感。另一方面，微納光纖相對常規光纖，直徑減小了1個數量級，可以提供更大的表面積-體積比，更有利于生化目標的探測。此外，微納光纖還具有結構靈活、通信系統兼容等優勢，為光纖在生物醫學傳感領域提供了新的平臺。

近幾年，以微納光纖為基礎的各類折射率乃至生化傳感器相繼的被報道出來，如布拉格光柵傳感器、模式干涉儀以及諧振器等。相比于前述的傳感器，微納光纖長周期光柵，即在微納光纖軸向上構成百微米級周期性調制結構，將基模傳輸的光信號耦合至能量更分布于外層的高階模，可以進一步增大倏逝場效應，提高折射率靈敏度。因此，各類永久性折射率調制型，如紫外激光、二氧化碳激光以及飛秒激光寫制的微納光纖長周期光柵不斷被開發出來。

由于長周期光柵的調制周期在百微米甚至毫米級別，加工精度要求較低，因此可以借由微納光纖的強倏逝場特性，采用更靈活地調制方法實現微納光纖長周期光柵器件的制作：

美國斯坦福大學的S.Savin等人采用周期性壓力平板實現了可調式機械控制長周期光纖光柵。C.Lee等人利用薄膜周期性包裹微納光纖實現了長周期光柵。中國暨南大學的L.Sun等人利用微納光纖纏繞結構行程了長周期光柵。H.Wang等人利用平板印壓技術對微納光纖構成周期性形變結構，實現了長周期光柵。中國吉林大學X.Zhang等人利用周期性點膠技術，實現了微納光纖長周期光柵。中國南京大學B.Li等人利用Rayleigh-Plateau不穩定性技術實現了自周期點膠調制，完成了微納光纖長周期光柵的制作。T.Qi等人聯合完成了利用微電加熱器周期性調制的可編程化的長周期光柵制作。

在微納光纖長周期光柵折射率傳感器領域中，液流通常只是作為被分析物，然而，如何充分挖掘液流的功能以進一步促進光與液流的相互作用，以及利用液流實現靈活的周期調控對傳感器的發展以及實際應用十分有意義的。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種微納光纖長周期光柵折射率傳感器，在于充分挖掘液流的功能以進一步促進光與液流的相互作用，以及利用液流實現靈活的周期調控，靈敏度高、制作簡單、結構緊湊、成本低、調制靈活、復用能力強且具有良好的重復使用性。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種微納光纖長周期光柵折射率傳感器，其特征在于，包括依次連接的寬帶光源、微納光纖、溝道陣列平板，以及與微納光纖連接的波長檢測單元；

所述寬帶光源用于光源的輸入，即輸入信號；