[發(fā)明專利]用于低折射率檢測的近紅外串聯(lián)PCF-SPR傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010134753.7
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111175249B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉超;王建偉;汪發(fā)美;劉強;蘇魏全;呂靖薇;楊琳;徐春紅;劉睿騎;初曦
• 申請（專利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 大慶禹奧專利事務(wù)所 23208
• 代理人: 朱士文;楊曉梅

本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，具體涉及一種用于低折射率檢測的近紅外串聯(lián)PCF?SPR傳感器，包括兩根串聯(lián)接觸且對稱分布的偏芯光子晶體光纖，光纖中心的空氣孔外部的包層內(nèi)設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔，其中在X軸上第二層的空氣孔的位置為纖芯，兩根光纖的纖芯近距離相對，其中最外層六邊形的頂點為孔徑小于空氣孔的小氣孔；排列的空氣孔成六邊形排列的空氣孔和外層六個小空氣孔；光纖的外壁之間設(shè)有上、下兩根金線，金線與光纖的外壁接觸；光纖的外側(cè)為一個環(huán)形待測分析物通道。該傳感器制作工藝簡單，可大量生產(chǎn)且容易實現(xiàn)；結(jié)構(gòu)體積小，易實現(xiàn)微型化；偏芯結(jié)構(gòu)，倏逝場能容易地穿透金線，進(jìn)而與外部作用實現(xiàn)更高的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，具體涉及一種用于低折射率檢測的近紅外串聯(lián)PCF-SPR傳感器。

背景技術(shù)：

表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技術(shù)在傳感領(lǐng)域有著重要地位，憑借其實時分析、無需標(biāo)記、靈敏度高等突出優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、藥物篩選、食品安全等領(lǐng)域。而光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber，PCF)的出現(xiàn)，再次將基于表面等離子體共振技術(shù)的光纖傳感器推向一個新的研究熱點。光子晶體光纖是由周期性排列的空氣孔組成，不同空氣孔的設(shè)計使其含有相應(yīng)的傳輸模式。與傳統(tǒng)光纖傳感器相比，光子晶體光纖傳感器結(jié)構(gòu)靈活多變，靈敏度高，受到了廣泛的關(guān)注。

近年來，基于表面等離子體共振技術(shù)的光子晶體光纖傳感器的研究成為熱點，光纖的拉制技術(shù)和鍍膜技術(shù)都有很大的發(fā)展。現(xiàn)常用的激發(fā)表面等離子共振的材料有銀(Ag)、金(Au)、氧化銦錫(ITO)、氮化鋯(ZrN)、氮化鈦(TiN)、二氧化鈦(TiO2)、石墨烯等。對于PCF-SPR傳感器，激發(fā)表面等離子共振的材料的鍍在光纖上的均勻程度以及鍍膜過程的難易程度十分關(guān)鍵，由于光纖的微型化及圓形結(jié)構(gòu)，這一過程的可達(dá)到的精度并不確定，盡管D型結(jié)構(gòu)光纖的出現(xiàn)為相應(yīng)材料提供了鍍膜平臺，但D型光纖的制作又十分不易。此外，目前對PCF-SPR傳感器的研究主要集中在可見光波段對高折射率液體環(huán)境的檢測，而且折射率檢測的范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠工作在低折射率溶液環(huán)境下并且擁有較寬檢測范圍的近紅外串聯(lián)偏芯光子晶體光纖表面等離子體共振傳感器，彌補和改善了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。該傳感器采用了光纖串聯(lián)形式并結(jié)合兩根金線接觸相切的結(jié)構(gòu)，制作工藝簡單，可大量生產(chǎn)且容易實現(xiàn)；傳感器結(jié)構(gòu)體積小，易實現(xiàn)微型化；傳感器中光纖無需鍍膜，采用兩根金線激發(fā)表面等離子共振效應(yīng)，有效地避免了由于鍍膜厚度不均勻?qū)е轮频膫鞲行阅懿患眩粋鞲衅髦写?lián)且對稱的兩根光纖直接為金線提供了放置空間，金線與光纖互為相切；傳感器中的兩根光纖采用偏芯結(jié)構(gòu)，倏逝場能容易地穿透金線，進(jìn)而與外部作用實現(xiàn)更高的靈敏度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于低折射率檢測的近紅外串聯(lián)PCF-SPR傳感器，所述傳感器包括兩根串聯(lián)接觸且對稱分布的偏芯光子晶體光纖，所述偏芯光子晶體光纖的包層的中心設(shè)有空氣孔，中心的空氣孔外部的包層內(nèi)設(shè)有三層呈正六邊形排列的空氣孔，其中在X軸上第二層的空氣孔的位置為纖芯(也即該位置沒有空氣孔，而是偏心的纖芯)，兩根偏芯光子晶體光纖的纖芯近距離相對，其中最外層六邊形的頂點(也即正六邊形六個邊的交點)為孔徑小于空氣孔的小氣孔；排列的空氣孔呈六邊形排列的空氣孔和外層六個小氣孔；所述相互接觸的兩根偏芯光子晶體光纖的外壁之間設(shè)有上、下兩根金線，金線與兩根偏芯光子晶體光纖的外壁接觸；兩根偏芯光子晶體光纖的外側(cè)為一個環(huán)形待測分析物通道。

進(jìn)一步地，所述包層內(nèi)空氣孔的半徑為0.45μm，小氣孔的半徑是0.4μm；所述的兩根金線的半徑為0.2μm。

進(jìn)一步地，所述兩根對稱的偏芯光子晶體光纖串聯(lián)相切，金線與串聯(lián)的偏芯光子晶體光纖互為相切。

進(jìn)一步地，所述偏芯光子晶體光纖的材料為二氧化硅，其為折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖。