[發(fā)明專利]基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖及其傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010913257.1
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111928880B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程同蕾;周雪;李曙光;張學(xué)楠
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01N21/31;G01N21/552;G01N21/45;G02B6/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖，其特征在于，該基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖為在傳感區(qū)域光纖外周設(shè)置有第一層金屬膜，第一層金屬膜外周設(shè)置有聚合物層，聚合物層外周設(shè)置有第二層金屬膜；

所述的第一層金屬膜選用的材料為能夠產(chǎn)生等離子體波的重金屬材料，所述的聚合物層為透光率≥85％的聚合物層，所述的第二層金屬膜選用的材料為能夠產(chǎn)生等離子體波的重金屬材料；

所述的第一層金屬膜的厚度為20～200nm，聚合物層的厚度為150～180nm，第二層金屬膜的厚度為20～50nm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖，其特征在于，所述的第一層金屬膜的長度和傳感區(qū)域光纖長度相同，或比傳感區(qū)域光纖長度短；

所述的聚合物層的長度和第一層金屬膜的長度相同；

所述的第二層金屬膜的長度和第一層金屬膜的長度相同、或比第一層金屬膜的長度短1～2mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖，其特征在于，所述的傳感區(qū)域光纖，用于將傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生的倏逝波耦合到傳感區(qū)域光纖外，所述的傳感區(qū)域光纖選用無芯光纖、D型單模光纖、D型光子晶體光纖、拉錐光纖、空芯光纖中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖，其特征在于，所述的第一層金屬膜選用的材料為金、銀、銅、鋁中的一種；

所述的聚合物層中的聚合物選用的材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷；

所述的第二層金屬膜選用的材料為金、銀、銅、鋁中的一種。

5.一種基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖作為傳感區(qū)域光纖，還包括第一傳輸光纖、第二傳輸光纖、寬帶光源、光譜儀；

傳感區(qū)域光纖的兩端分別熔接第一傳輸光纖和第二傳輸光纖，在第一傳輸光纖的另一端連接寬帶光源，第二傳輸光纖的另一端連接光譜儀。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器，其特征在于，所述的第一傳輸光纖，用于向傳感區(qū)域光纖輸入并傳輸光信號，所述的第一傳輸光纖選用單模光纖或多模光纖；

所述的第二傳輸光纖，用于將接受攜帶檢測信息的輸出光譜，并傳遞光信號至光譜儀，光譜儀和計算機(jī)聯(lián)接；所述的第二傳輸光譜選用單模光纖或多模光纖。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器，其特征在于，傳感區(qū)域光纖的兩端分別熔接第一傳輸光纖和第二傳輸光纖時，同軸芯對準(zhǔn)熔接。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器，其特征在于，所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器，其在1550nm工作波長處折射率靈敏度為20000±400nm/RIU。

9.權(quán)利要求5所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器的應(yīng)用，其特征在于，為將傳感區(qū)域光纖置于待檢測物的環(huán)境中；

所述的待檢測物的環(huán)境，其為溶液或氣體，用于檢測溶液中待檢測物的濃度或單一氣體的濃度。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器的應(yīng)用，其特征在于，檢測過程，包括以下步驟：

步驟一：配置不同濃度待測物質(zhì)的系列標(biāo)準(zhǔn)樣，系列標(biāo)準(zhǔn)樣中的待測物質(zhì)濃度已知，依次為c₁，c₂，c₃，c₄，……c_n；

步驟二：

將基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器的傳感區(qū)域光纖置于不同濃度待測物質(zhì)的系列標(biāo)準(zhǔn)樣中進(jìn)行檢測，得到對應(yīng)不同待測物質(zhì)的濃度，其輸出光譜的波長移動量分別為Δλ₁，Δλ₂，Δλ₃，Δλ₄，……Δλ_n；

步驟三：

將濃度和測量的對應(yīng)波長移動量進(jìn)行擬合，得到待檢測物的濃度與波長移動量之間的擬合關(guān)系式，具體為：

Δλ＝k×c+b

其中，c為待測物質(zhì)的濃度，k為系數(shù)，Δλ為波長移動量，b為常數(shù)；

步驟四：

檢測未知濃度的待測物質(zhì)時，將基于表面等離子體效應(yīng)的馬赫-曾德干涉光纖傳感器的傳感區(qū)域光纖放入未知濃度的待測物質(zhì)中，進(jìn)行測量，得到其波長移動量Δλ；

將其代入擬合關(guān)系式，得到待測物質(zhì)的濃度。