[發(fā)明專利]雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器

在審

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• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112630192A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邴丕彬;武桂芳;袁勝;李忠洋;劉慶;許若辰
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01D5/353
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

本發(fā)明公開一種雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，包括基底，圍繞基底中心布設(shè)小空氣孔，基底中心為纖芯，在小空氣孔上部的基底上設(shè)置有上部大空氣孔A，在小空氣孔下部的基底上設(shè)置有下部大空氣孔B，所述小空氣孔以基底中心為中心由內(nèi)向上呈輻射狀設(shè)置三層小空氣孔，距離中心最近的為第一層小空氣孔，向外依次為第二層小空氣孔和第三層小空氣孔，第二層小空氣孔為橢圓孔，第一層小空氣孔和第三層小空氣孔為圓孔，在上部大空氣孔A和下部大空氣孔B的平面上均沉積一層相同厚度的金納米薄膜。本發(fā)明具有靈敏度高、方便制備、檢測效率高等特點，更利于用在傳感器生產(chǎn)實踐中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子晶體光纖領(lǐng)域，具體涉及基于表面等離子體共振的雙樣品同步檢測的光子晶體光纖傳感器。

背景技術(shù)

光子晶體光纖（Photonic Crystal Fiber，PCF）是在二維光子晶體的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種特殊光纖，也是目前被廣泛研究的一種新型光纖。與傳統(tǒng)光纖相比，PCF在設(shè)計上具有很大的自由度，使其在雙折射、平坦和負色散、有效面積和非線性等方面具有靈活性。因此，PCF成為傳感器領(lǐng)域的研究焦點。PCF早期由于拉制工藝和拉制精度的影響并不能實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，由于最近幾年工藝的成熟，可以將圓形光纖制成D型光纖，然后在平面上進行金膜的涂覆，由于平面上的金屬涂層能夠更好地接觸到待測液體，傳感效果更加突出，這也是當前研究的熱點領(lǐng)域之一。

表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一種物理光學現(xiàn)象，SPR產(chǎn)生的原因是由于光在介質(zhì)表面發(fā)生全內(nèi)反射時會產(chǎn)生倏逝波，倏逝波能夠激發(fā)金屬表面的自由電子振蕩，產(chǎn)生表面等離子體。表面等離子體與倏逝波的頻率和波數(shù)相等時形成SPR。由于共振振蕩對邊界附近的任何微小的折射率變化都非常敏感，因而，SPR是一種非常有前景的傳感檢測手段。隨著科學技術(shù)的深入發(fā)展，人們將PCF和SPR技術(shù)結(jié)合，并用于環(huán)境監(jiān)測、水測試、癌癥檢測、食品質(zhì)量控制等，在過去的幾十年中進行了大量的研究。

發(fā)明內(nèi)容

基于SPR-PCF在傳感器中的應(yīng)用，研究人員已經(jīng)取得了許多成就，但也存在一些問題，比如：人們一味的追求PCF結(jié)構(gòu)的新穎，導致結(jié)構(gòu)設(shè)計的過于復雜，不容易制備；分析物折射率的可探測范圍窄；傳感探測的靈敏度低；只有一個待測液體的檢測通道；這些都極大地限制了PCF傳感器的應(yīng)用范圍和功能，尋求突破迫在眉睫。

本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單的基于雙樣品同步檢測的光子晶體光纖傳感器，并具有靈敏度高、方便制備、檢測效率高等特點，更利于用在傳感器生產(chǎn)實踐中。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，包括基底，圍繞基底中心布設(shè)小空氣孔，基底中心為纖芯，在小空氣孔上部的基底上設(shè)置有上部大空氣孔A，在小空氣孔下部的基底上設(shè)置有下部大空氣孔B，所述小空氣孔以基底中心為中心由內(nèi)向上呈輻射狀設(shè)置三層小空氣孔，距離中心最近的為第一層小空氣孔，向外依次為第二層小空氣孔和第三層小空氣孔，第二層小空氣孔為橢圓孔，第一層小空氣孔和第三層小空氣孔為圓孔，在上部大空氣孔A和下部大空氣孔B的平面上均沉積一層相同厚度的金納米薄膜。

上述雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，所述三層小空氣孔呈正六角形排列。

上述雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，所述第一層小空氣孔和第三層小空氣孔的半徑均為0.4μm，相鄰小空氣孔之間的間距為2μm，即相鄰兩小空氣孔的中心之間的間距為2μm。

上述雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，所述第二層小空氣孔的長軸半徑和短軸半徑分別為0.6μm、0.4μm，其中長軸與上部大空氣孔的平面平行。

上述雙樣品同步檢測的高靈敏度光子晶體光纖傳感器，所述上部大空氣孔和下部大空氣孔分別位于纖芯的正上和正下方，半徑為5.3μm，與纖芯垂直距離均為6μm。