[發明專利]一種級聯微球腔的雙參數光纖傳感器

在審

• 申請號: 202210223280.7
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114485985A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 劉曉彤;張留洋;李苗苗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N21/01;G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種級聯微球腔的雙參數光纖傳感器，屬于光纖傳感領域；本發明包括了激光器、D型光纖耦合混合介質腔系統、光譜檢測器。所述激光器中發出的光通過D型光纖與兩種涂覆膜微球構成的混合介質腔進行耦合，在微球內通過連續全內反射產生回音壁模式，當外界環境變化時，混合介質腔內光的諧振波長會隨之產生變化；所述光譜檢測器是用來記錄經過傳感系統后由光纖末端輸出光的透射譜；所述混合介質腔是由石英微球涂覆膜構成，其中一個微球涂覆金膜用于折射率傳感，另一個微球涂覆PDMS膜用于溫度傳感。本發明具有結構簡單、成本低、實用性強等特點，在生化傳感方面具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，具體涉及一種級聯微球腔的雙參數光纖傳感器。

背景技術

光學回音壁模式微腔由于其獨特的特性(例如小模式體積和超高品質因數)而在低閾值激光、光學傳感等領域具有廣泛的應用前景。其基本原理是由于光在環形介質腔內傳播時，當介質腔折射率大于外界環境折射率時，經耦合器件進入微腔的光就會被限制在腔內，在邊界發生多次全反射，如果光回到原點時滿足相位匹配條件，就會形成穩定的諧振，產生回音壁模式。

表面等離子體共振效應是一種物理光學現象。它利用光在玻璃與金屬薄膜界面處發生全內反射時滲透到金屬薄膜內的倏逝波，引發金屬中的自由電子產生表面表面等離子體。介電微腔和金屬層的結合允許共振光與表面等離子體的相互作用，從而產生新的現象，例如混合光子-表面等離子體模式。在這些表面等離子體微腔中，涂覆在微腔上的金屬層能夠限制位于金屬表面的表面等離子體激元的強電磁場，可用于增強光與物質的相互作用。在混合光子-表面等離子體模式中，能量部分存儲在位于電介質腔內的光場中以及位于金屬涂層處的表面等離子體場中。

折射率測量在生物傳感器和化學傳感器等許多領域中發揮著至關重要的作用，因為它與分析物的濃度直接相關。在過去的幾十年里，基于表面等離子共振效應的光纖折射率傳感器由于具有靈敏度高、結構緊湊、響應速度快、抗電磁干擾等突出優點而受到越來越多的關注，并被廣泛應用于生物傳感和化學傳感的應用領域。然而，眾所周知，材料的折射率總是與環境溫度密切相關。在實踐中，折射率測量過程中很難保持恒溫，很難保證測量過程被測物保持恒溫，通過同時測量折射率和溫度來進行溫度補償，所測得的折射率結果與實際折射率會有較大偏差。由于諧振波長難以調節，因此在同時測量折射率和溫度方面仍有一定的困難。

發明內容

本發明提供了一種級聯微球腔的雙參數光纖傳感器，是為了解決現有光纖傳感技術對多參數傳感存在的不足，并解決溫度變化對折射率傳感研究的影響。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

提供了一種級聯微球腔的雙參數光纖傳感器，其特征在于：它包含激光器(1)、D型光纖耦合混合介質腔系統(2)、光譜檢測器(3)。

所述D型光纖耦合混合介質腔系統(2)包括D型光纖(4)、第一混合介質腔(5)、第二混合介質腔(6)。

所述D型光纖(4)經過側面拋光除去部分包層，從而得到的D型光纖(4)只包括凹包層(4-1)、裸露光纖纖芯(4-2)。

所述第一混合介質腔(5)是在第一微球(5-1)外表面涂覆金膜(5-2)，第二混合介質腔(6)是在第二微球(6-1)外表面涂覆PDMS膜(6-2)。