[發明專利]基于同軸雙波導光纖的多參量傳感器

有效

• 申請號: 202110243193.3
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113029216B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 鞠濤;孟令知;苑立波
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于同軸雙波導光纖的多參量傳感器。其特征是：它由寬帶光源，光譜儀和多參量光纖傳感器組成。該多參量光纖生化傳感器是由一段局部扭轉的多芯光纖焊接同軸雙波導光纖，同軸雙波導光纖的環形芯被刻蝕裸露出來，并鍍有納米金膜，形成SPR傳感區，用于生化參量的測量；與此同時，在同軸雙波導光纖的中間芯寫入光纖Bragg光柵，用于溫度參量的測量。通過改變多芯螺旋光纖的螺距可以有效地調節諧振波長和靈敏度，實現不同入射角的SPR傳感。本發明結構靈活緊湊，可廣泛應用于化學、生物、醫學、生命科學等光纖傳感領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種基于同軸雙波導光纖的多參量傳感器，可用于生化傳感應用場景下的對生化參量和溫度參量同時測量，可廣泛應用于化學、生物、醫學、生命科學光纖傳感等領域，屬于光纖傳感領域。

(二)背景技術

表面等離子體共振(Surface?plasmon?resonance,SPR)是指光在負、正介電常數材料的界面上反射后，導電電子產生的共振振蕩。由于該技術對周圍材料的折射率變化具有較高的靈敏度，在物理、化學和生物傳感領域得到了廣泛的研究。最常用的SPR傳感裝置是基于棱鏡和光纖的。與基于棱鏡的SPR傳感器件相比，光纖型SPR傳感器件具有體積小、柔韌性好、制造方便、抗電磁干擾等優點。

SPR傳感中應用的光纖有幾種，包括單模光纖、光子晶體光纖、納米/微光纖、多模光纖和特種光纖。SPR傳感器可以通過在光纖端部、光纖包覆面、光纖側面拋光來實現。在基于棱鏡的SPR傳感系統中，通過改變入射角可以很容易地調制傳感器的固有諧振波長。在大多數光纖生化SPR傳感系統中，光纖纖芯的幾何結構是固定的，因此其固有諧振波長和傳感器的靈敏度很難被調制。

一種有效的方法是使用側面拋光彎曲光纖SPR傳感器，通過改變彎曲半徑來實現這種調制。然而，由于光纖纖芯模式與表面等離子體模式(SPM)的耦合，其靈敏度也可能受到SPR激勵方法的限制。

專利CN202010114018.X公開了一種光纖生化傳感器及其制作方法，使用單模光纖刻寫布拉格光纖光柵，同時在布拉格光柵對應的包層部分或全部刻蝕至纖芯形成至少一個凹槽，能夠實現生化物質濃度的檢測。但是該傳感器需要用到氫氟酸刻蝕，具有較大的危險性。

專利CN201810786002.6公開了一種楔形尖端納米結構集成光纖表面等離子體共振生化傳感器，將階躍折射率多模光纖裸露的光纖纖芯端面通過研磨并拋光處理形成楔形斜面，能夠同時實現兩種生化分子的實時檢測。但是該傳感器無法實現多參量的光纖生化傳感器測量。

專利CN201510689013.9公開了一種光纖纖芯與包層交界面的Bragg光柵生化傳感器及方法，其特點是光纖纖芯的前段設置長周期光纖光柵，在光纖的中段位于光纖纖芯和光纖包層的交界面設置光纖纖芯與包層交界面的Bragg光柵。但是該傳感器無法實現多參量的光纖生化傳感器測量。

專利CN201510779036.9公開了一種基于倏逝波技術的特種光纖生化傳感器，其特點是采用特種多孔微結構光纖，作為探測探針，并結合光纖耦合透鏡實現生化傳感。但是該傳感器結構復雜難以集成，并且無法實現多參量的光纖生化傳感器測量。

專利CN201910129549.3公開了一種基于SPR效應的螺旋微結構光纖折射率傳感器，其特點是采用螺旋微結構光纖，微結構光纖包層外表面涂覆有等離子體激元材料層，等離子體激元材料層外表面涂覆氧化物薄膜層。該傳感器可以實現生化參數的測量，但是無法實現多參量的光纖生化傳感器測量。

專利CN201711018321.4公開了一種基于表面等離子體共振的溫度傳感器及其制備方法，其特點是金膜沉積在側面拋磨單模光纖的拋磨面上，溫敏薄膜固化在金膜上。溫敏薄膜實現穩定傳感測量，金膜處實現生化傳感測量。但是該傳感器很難被調制其固有諧振波長和傳感器的靈敏度。