[实用新型]基于复合膜层的光纤等离子体波传感器及其传感检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于复合膜层的光纤等离子体波传感器及其传感检测系统，能够测量液体折射率，可应用于生物、医学和化工领域。

背景技术

表面等离子体共振效应（Surface Plasmon Resonance）是存在于金属与非导电介质界面处的物理光学现象，可利用它实现对金属层和介质层属性微小变化的测量。基于SPR效应的光学传感技术已在生化检测等多个领域得到应用。传统的光纤SPR传感器是基于纤芯-金膜-环境介质三层结构，由于SPR效应其反射光谱会形成一个凹谷。随着被测环境介质折射率的增加，波形向长波方向偏移，共振波谷位置与折射率存在一定对应关系，所以可通过测量共振波谷的位置得到环境介质的折射率。该方法具有传输损耗小、体积小、集成性好等优点，但是存在灵敏度不高的缺点。

为提高传感器灵敏度，中国科技大学的陈勇等人研究了以MgF2为外调制层的光纤表面等离子体共振传感器。采用纤芯-银膜-调制层-环境介质四层结构，其中纤芯数值孔径为0.37，直径为0.2mm，银膜厚度为40nm，调制层使用氟化镁，厚度为10nm，折射率为1.377。在分析物的折射率范围为1.33-1.40时，实验中取得了4464nm/RIU的高灵敏度。但该传感器结构采用的是在线反射式，在线反射式的检测方法是光源在光纤的一端，经过激发SPR效应后的反射光在另一端接收检测，如图3所示。由于光纤不宜折的特点，所以不便于将这种结构的传感区域放入盛装分析物的容器中，并不适用于实际测量，目前该结构已不经常被使用。（Yong Chen,Rongsheng Zheng,Yonghua Lu,Pei Wang,and Hai Ming.Fiber-optic surface plasmon resonant sensor with low-indexanti-oxidation coating[J],Chinese Optics Letters,2011,100605:1~4）。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有更优的灵敏性和实用性，能够更好的满足对折射率监测效果需求的基于复合膜层的光纤等离子体波传感器及其传感检测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种基于复合膜层的光纤等离子体波传感器，包括光纤接头1、涂覆层2、包层3和纤芯4，所述包层3、涂覆层2和光纤接头1由内向外依次包裹住纤芯4的一端，所述纤芯4相对于光纤接头1的另一端由内向外依次包裹有内调制层6和金膜5。

作为本实用新型的一种优化结构：所述纤芯4的折射率为1.45，直径为0.6mm；所述包层3的折射率为1.39，厚度为0.2mm；所述内调制层6的折射率为3.5，厚度为200nm；所述金膜5的厚度为50nm。

本实用新型还设计了一种基于复合膜层的光纤等离子体波传感器的传感检测系统，包括宽带光源、光纤耦合器、基于复合膜层的光纤等离子体波传感器、光谱仪和计算机，其中；

所述宽带光源通过多模光纤与光纤耦合器连接，宽带光源产生入射光，并传输至光纤耦合器；

所述光纤耦合器的输出端通过多模光纤分别连接基于复合膜层的光纤等离子体波传感器和光谱仪，并将接收到的入射光传输至基于复合膜层的光纤等离子体波传感器；

所述基于复合膜层的光纤等离子体波传感器放置在待测液体中，所述光纤耦合器发出的入射光经过基于复合膜层的光纤等离子体波传感器的SPR效应处理后以反射光的形式通过光纤耦合器传输至光谱仪；

所述光谱仪通过数据线与计算机连接，所述光谱仪将上述反射光以光谱信号的形式传输至计算机；

所述计算机从上述光谱信号中采集共振光谱信号，从而得到待测液体折射率与共振波长的关系。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.本实用新型通过増覆折射率3.5、厚度200nm的铬膜，得到的传感器具有高灵敏度；

2.本实用新型所设计的内置调制层型SPR传感器为终端反射式，传感器伸入盛装待测物质的容器中，便于实际测量，更加实用。

附图说明

图1是基于复合膜层的光纤等离子体波传感器结构示意图；

图2是基于复合膜层的光纤等离子体波传感器的传感器检测系统组成示意图；

图3是在线反射式光纤SPR传感器结构示意图；

图4是终端反射式光纤SPR传感器结构示意图；

图5是基于复合膜层的光纤等离子体波传感器的传感模型沿轴向方向Z=0.8cm（传输区域）的坡印亭矢量图；