[发明专利]一种光纤传感器、制备方法及测量系统

说明书

技术领域

本发明属于光学传感器领域，更具体地，涉及一种光纤传感器、制备方法及测量系统。

背景技术

表面等离子体共振（SurfacePlasmonResonance，SPR）检测技术是过去三十年中最成功的生化检测技术，广泛应用于蛋白质组学、细胞信号传导、受体/配体、抗体/抗原分子垂钓、免疫识别、癌症研究和新药筛选等生命科学领域，可实现蛋白质—蛋白质，蛋白质—核酸，新药分子—靶蛋白等生物分子相互作用过程的实时和动态研究，已成为生命科学和制药研究上的标准工具。近年来，由于光纤表面等离子体共振传感器具有结构紧凑、灵敏度高、可实时监测、易于实现特异性检测，而且不需要标记样品，以及原位（in situ）在线监测等优点，获得广泛的研究关注。光纤表面等离子体共振传感器通常使用传统的多模光纤或单模光纤。多模光纤表面等离子体共振传感器多采用塑料包层的大芯径多模光纤制作，它具有简单可靠、测量方便等优点，然而由于参与传感的模式数众多，这使得吸收峰的半高宽较宽，并且灵敏度较低；单模光纤的表面等离子体共振传感器性能相比多模光纤SPR传感器有所提高，但是由于结构过于简单，模场呈台阶式分布，对倏逝场的调控不够，灵敏度也相对较低。

光子晶体光纤是一种新型光纤，它具有很好的设计灵活性，可调节和控制光的传输模式和电磁场分布，从而实现比传统光纤更好的传输特性，在通信、传感等领域有着很好的应用前景。2006年Hassani等人提出了一种基于光子晶体的光纤表面等离子体共振传感器，通过将传感通道集成在光纤的包层中，可利用芯模直接在外环壁金属膜表面上激发表面等离子体波，从而实现高灵敏度的检测，但是这种传感器设计要求在靠近纤芯的空气孔内表面镀膜，因此传感器的制备非常困难，而且这种设计缺少在中间环节中的内孔薄膜成膜形态的检查手段。2012年刘德明等人提出了一种基于全固态光子晶体光纤侧抛的光纤表面等离子体共振传感器设计，它采用普通玻璃光子晶体光纤制备，但是由于没有充分利用光子晶体光纤对电磁场的调控作用，其灵敏度低。现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤传感器，其目的在于提高传感器的性能，且易于批量生产，由此解决现有技术由于没有充分利用光子晶体光纤对电磁场的调控作用，而导致传感器的性能不足的问题。

本发明提供了一种光纤传感器，包括D形光子晶体光纤，所述D形光子晶体光纤的横截面呈D形使得所述D形光子晶体光纤具有一平面，其所述平面附着有纳米金属传感层。

更进一步地，所述D形光子晶体光纤上设置有中心气孔和周围气孔，所述周围气孔在所述中心气孔的周围沿着轴向规则排列，所述周围气孔用于限制光场的外泄。

更进一步地，所述D形光子晶体光纤为空心光子晶体光纤，且所述空心光子晶体光纤的中心孔中填充有用于调控传输光的折射率和色散性的溶液。

更进一步地，所述溶液为甲醇和乙二醇的混合物。

更进一步地，所述D形光子晶体光纤也可为含氟塑料光子晶体光纤，所述含氟塑料光子晶体光纤的中心为实心且周围设置有限制气孔。

更进一步地，所述纳米金属传感层为金属平面膜、金属纳米粒子或金属阵列微结构。

更进一步地，所述金属平面膜的厚度为20nm-80nm。

所述金属膜可为不规则排列的纳米粒子，或具有微阵列结构的纳米金属附着物。

本发明还提供了一种光纤传感器的制备方法，包括下述步骤：

通过侧面抛磨工艺或激光微加工工艺，沿着轴向将光子晶体光纤加工成D形光子晶体光纤；

在光子晶体光纤的中心孔填充折射率调制液；

在所述D形光子晶体光纤的侧抛面附着一层厚度为纳米量级的金属膜后形成所述光纤传感器。

更进一步地，所述金属膜的厚度为20nm-80nm。

更进一步地，在所述D形光子晶体光纤的侧抛面具有一排气孔。

更进一步地，所述折射率调制液的折射率为1.33-1.40。