[發(fā)明專利]一種表面等離子體共振光纖傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010084043.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN111239076B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳明陽(yáng);沈建明;孫麗華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/59;G01N21/552
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了一種表面等離子體共振光纖傳感器，包括：傳感光纖，該傳感光纖為少模光纖，包括纖芯和包層，包層的傳感區(qū)經(jīng)加工形成兩個(gè)相互垂直的切面，兩個(gè)切面的交線與纖芯的中心軸線之間的距離大于R為纖芯的半徑，并且纖芯的中心軸線到兩個(gè)切面的垂線長(zhǎng)度相同；及納米金屬線組，每個(gè)切面上均設(shè)有一個(gè)納米金屬線組，納米金屬線組包括至少兩根相互平行的納米金屬線，所有納米金屬線的中心軸線均與纖芯的中心軸線平行，所有納米金屬線的半徑相等、長(zhǎng)度相等、截面形狀相同。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)偏振不敏感型傳感，可以有效降低傳感對(duì)光源及光纖器件的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種表面等離子體共振光纖傳感器。

背景技術(shù)

表面等離子體共振是一種特殊的物理光學(xué)現(xiàn)象。光在界面處發(fā)生全反射時(shí)，會(huì)在界面附近產(chǎn)生倏逝波，倏逝波會(huì)激發(fā)金屬介質(zhì)界面的自由電子產(chǎn)生表面等離子體波。滲透到金屬介質(zhì)界面的波矢和表面等離子體波的波矢相等時(shí)，兩者發(fā)生強(qiáng)烈耦合，就會(huì)發(fā)生表面等離子體共振現(xiàn)象。此時(shí)金屬中的自由電子吸收入射光的能量，使得反射光的能量衰減，在反射光譜中出現(xiàn)共振吸收峰。表面等離子體共振現(xiàn)象對(duì)金屬表面介質(zhì)的折射率變化非常敏感，所以常被用來測(cè)量液體的折射率變化以及跟折射率變化相關(guān)的物理量。

光在光纖中傳輸時(shí)，在一定條件下傳感區(qū)域倏逝波與金屬表面等離子體波共振，透射光譜出現(xiàn)吸收峰，外界環(huán)境介質(zhì)變化會(huì)導(dǎo)致SPR光譜曲線共振峰位置發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境介質(zhì)參量的檢測(cè)。側(cè)邊拋磨光纖由于其強(qiáng)烈的倏逝場(chǎng)作用，常被用來制作光纖表面等離子體共振傳感器。常見的側(cè)邊拋磨光纖表面等離子體共振傳感器是在拋磨區(qū)鍍一層金屬薄膜，這種結(jié)構(gòu)對(duì)y偏振纖芯模式損耗較高，而對(duì)于x偏振纖芯模式損耗較低，難以調(diào)諧共振波長(zhǎng)的范圍和控制表面等離子體模和纖芯模式的耦合損耗。相比于金屬薄膜，拋磨平面排列納米金屬線的結(jié)構(gòu)對(duì)兩種偏振態(tài)的纖芯模都有較高的耦合損耗，同時(shí)通過對(duì)納米金屬線的直徑大小、數(shù)量和間距的合理設(shè)置，可有效控制調(diào)諧共振波長(zhǎng)的范圍、減少表面等離子體模數(shù)量從而形成更為明顯的損耗峰、增強(qiáng)表面等離子體模和纖芯模式的耦合損耗，但該結(jié)構(gòu)仍存在兩種偏振態(tài)所對(duì)應(yīng)的共振波長(zhǎng)不同的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種表面等離子體共振光纖傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)偏振不敏感型傳感，可以有效降低傳感對(duì)光源及光纖器件的要求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種表面等離子體共振光纖傳感器，包括：

傳感光纖，所述傳感光纖為少模光纖，所述傳感光纖在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，至少支持LP₁₁模的傳輸，所述傳感光纖包括纖芯和包層，所述包層的傳感區(qū)經(jīng)加工形成兩個(gè)相互垂直的切面，兩個(gè)所述切面的交線與所述纖芯的中心軸線之間的距離大于R為所述纖芯的半徑，并且所述纖芯的中心軸線到兩個(gè)所述切面的垂線長(zhǎng)度相同；及

納米金屬線組，每個(gè)所述切面上均設(shè)有一個(gè)納米金屬線組，所述納米金屬線組包括至少兩根相互平行的納米金屬線，所有所述納米金屬線的中心軸線均與所述纖芯的中心軸線平行，所有所述納米金屬線的半徑相等、長(zhǎng)度相等、截面形狀相同。

優(yōu)選地，所述纖芯的中心軸線到兩個(gè)所述切面的垂線長(zhǎng)度為H，且0≤H-R≤1μm。

優(yōu)選地，所述納米金屬線的材質(zhì)為金或銀，所述納米金屬線的半徑r為50～200nm。

優(yōu)選地，所述納米金屬線組中相鄰兩根所述納米金屬線的中心間距為d，滿足

優(yōu)選地，所述納米金屬線組包括奇數(shù)個(gè)所述納米金屬線。

優(yōu)選地，每個(gè)所述納米金屬線組中的中間所述納米金屬線位于位置A，所述位置A為所述纖芯的中心軸線在所述切面的投影位置，其余所述納米金屬線對(duì)稱分布于所述位置A的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述納米金屬線組包括偶數(shù)個(gè)所述納米金屬線。