[發明專利]一種微納光纖光柵光熱試紙條傳感器及其檢測方法

有效

• 申請號: 202011267246.7
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112378857B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 孫立朋;付強強;黃天晟;肖瑞濤;楊蕭;劉潤佳;戈禹辰;唐勇;關柏鷗
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/41;G01N21/25;G01N33/543
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種微納光纖光柵光熱試紙條傳感器，其特征在于，包括：聚合封裝微納光纖長周期光柵、膠體金試紙條和泵浦激光源；

所述膠體金試紙條上設有試紙條檢測線區域；

所述聚合封裝微納光纖長周期光柵與膠體金試紙條上的試紙條檢測線區域緊貼并保持平行，所述泵浦激光源的照射位置對準所述試紙條檢測線區域；

所述膠體金試紙條用于與待測樣品中目標分析物產生免疫反應，所述泵浦激光源用于激勵試紙條檢測線區域上膠體金產生光熱效應；

所述聚合封裝微納光纖長周期光柵包括輸入傳導光纖、輸入微納光纖錐區、微納光纖均勻區、用于構建光柵調制的周期性局部錐區結構、聚合物封裝區、輸出微納光纖錐區和輸出傳導光纖；

所述周期性局部錐區結構以等間隔距離均勻排列在所述微納光纖均勻區上，所述輸入微納光纖錐區的一端和所述輸出微納光纖錐區的一端分別位于所述微納光纖均勻區兩端，所述輸入微納光纖錐區的另一端與輸入傳導光纖連接，所述輸出微納光纖錐區的另一端與輸出傳導光纖連接；

所述周期性局部錐區結構的周期滿足微納光纖長周期光柵共振耦合的相位匹配條件，使傳輸于微納光纖內的光波導模發生模式間耦合，構成微納光纖長周期光柵；

所述輸入微納光纖錐區和輸出微納光纖錐區用于光波導模在常規光纖與微納光纖間的平穩過渡，所述微納光纖均勻區用于傳輸微納光纖內的強倏逝場光波導模，所述輸入傳導光纖和所述輸出傳導光纖用于光信號的輸入和輸出；

所述輸入微納光纖錐區、微納光纖均勻區、構建光柵調制的周期性局部錐區結構和輸出微納光纖錐區均完全封裝于所述聚合物封裝區內；

所述封裝于聚合物封裝區內的微納光纖均勻區長度與膠體金試紙條上的試紙條檢測線區域的長度相等。

2.根據權利要求1所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器，其特征在于，所述聚合物封裝區采用材料的熱光系數的量級為10^-4。

3.根據權利要求1-2任一項所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器，其特征在于，所述聚合物封裝區的材料采用折射率低于二氧化硅折射率的可塑性紫外固化材料。

4.根據權利要求1-3任一項所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

將商用單模光纖逐漸放電拉細至亞波長尺度以制作微納光纖，制備得到的微納光纖均勻區與膠體金試紙條的試紙條檢測線區域；

通過逐點電弧放電在微納光纖均勻區上加工周期性局部錐區結構，用于構建光柵調制；

設置輸入傳導光纖、輸出傳導光纖以及聚合物封裝區匹配連接處纖芯尺寸以達到最小的插入損耗；

將輸入傳導光纖連接外部寬帶光源，輸出傳導光纖連接光信號檢測設備，用于輸出信號的監測。

5.根據權利要求4所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器的制備方法，其特征在于，所述微納光纖均勻區長度與膠體金試紙條上的試紙條檢測線區域的長度相等。

6.根據權利要求4所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器的制備方法，其特征在于，所述加工周期性局部錐區結構的具體步驟包括：

周期性局部錐區結構的周期滿足微納光纖長周期光柵共振耦合的相位匹配條件，使傳輸于微納光纖內的光波導模發生模式間耦合，構成微納光纖長周期光柵；

通過周期性放電，形成局部形變帶來的折射率調制強度，使傳輸的信號光的模式間耦合所形成的損耗峰消光比實現高分辨波長定位。

7.根據權利要求1-3任一項所述的微納光纖光柵光熱試紙條傳感器的檢測方法，其特征在于，包括下述步驟：

將泵浦激光源照射膠體金試紙條上的試紙條檢測線區域誘發光熱效應；

輸入光信號至聚合封裝微納光纖長周期光柵，經周期折射率調制使微納光纖內光波導模發生模式間諧振耦合；

經輸出光信號收集帶有諧振峰的透射光譜；

根據光譜結果的波長漂移量和待測樣品中目標分析物的濃度，輸出兩者線性關系，完成實時定量檢測過程。