[实用新型]一种纳米线阵列干涉传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于分析传感技术领域，涉及一种纳米线阵列干涉传感器，特别是一种用于探测折射率的纳米线阵列干涉传感器。 

背景技术

液体的折射率是一个重要的光学参数和生化反应参数, 是反映液体本质的重要物理参数之一。通过对折射率的测量，可以了解溶液的光学性能和物质的纯度、浓度等许多物理性质，因此折射率的测量在工业生产、环境监测、食品检测、临床检验、药物筛选、冶金及科研等领域有着重要的研究意义与广泛的应用价值，折射率检测方法及器件的研究也越来越多地受到人们的广泛重视。

迄今为止，国内外研究人员设计了很多种不同结构的器件来测量液体的折射率，主要包括阿贝折射仪、表面等离子体共振传感器、长周期光纤光栅传感器、布拉格光纤光栅传感器、法布里-珀罗干涉型传感器、光环共振器、光子晶体光纤、锥形光纤等。如《光电技术应用》2008.23（4）发表了鲁韶华、简水生等合著的《基于长周期光纤光栅的折射率传感器》，《物理学报》2011.60（6）发表了龚元饶、云江等合著的《光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析》，《光电子·激光》2011.22（9）发表了唐昌平、朱涛等合著的《基于光子晶体光纤M-Z 干涉仪的折射率传感器研究》。

尽管有关液体折射率测量的研究取得了一定的进展，然而，在测量液体折射率时，这些折射率传感器都存在一些缺点。例如，阿贝折射仪测量方法其测量精度虽然高, 但测量范围受反射棱镜折射率的限制；虽然SPR折射率传感器具有高精度和实时响应的优点, 但一般要使用贵金属如银和金，成本较高, 传感芯片需要复杂而特殊的制备过程；长周期光纤光栅传感器对折射率的响应呈现非线性特性,且只对很小的折射率范围敏感，一般在测量折射率1.4 以下的液体时获得的灵敏度不是很理想，此外，长周期光栅一般采用紫外或者飞秒激光制作，成本较高；布拉格光纤光栅传感器中的光场能量大多集中在纤芯，外界环境的变化对纤芯中光场的影响很微弱，其对折射率的灵敏度较低，需要化学腐蚀才能增加其对折射率的灵敏性，但腐蚀会增大光纤表面的粗糙度并大大降低光纤的机械强度，其制造方法相对复杂，不利于实际应用；传统的法布里-珀罗干涉型传感器具有较低的温敏性能，但其可靠性受到液体填充过程中沉积在腔内的污染物的严重影响；新型的法布里-珀罗干涉型传感器采用光纤法珀端面直接测定折射率，避免了腔内容易残留污染物的不利因素，其利用条纹对比度检测液体的折射率，但是条纹对比度的直接读取识别有一定困难，需要复杂的公式对数据处理才能得到对比度；锥形光纤传感器存在本身比较脆弱、机械强度差等特点；光环共振器和光子晶体光纤等器件，也存在结构复杂，造价昂贵，制备工艺复杂，成本过高等不利因素。而且，从这些器件的传感性能来看，折射率灵敏度均不足够高。 

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种纳米线阵列干涉传感器。本实用新型所述的纳米线阵列制备是在导电玻璃表面，制备工艺简单，与表面等离子体共振分析仪相比，大大简化了传感芯片的制作工艺，降低了器件的制作成本，大大提高了对折射率检测的灵敏度。在食品安全、环境监测、医学检验等领域具有广阔的商业化应用前景，有望被广泛推广应用。

本实用新型的一种纳米线阵列干涉传感器技术方案为，该纳米线阵列干涉传感器，为表面长有纳米线阵列的导电玻璃与45°/45°/90°玻璃三棱镜或半圆棱镜耦合，构建基于Kretschmann结构的角度调制型或波长调制型纳米线阵列干涉传感器，所述的导电玻璃为覆盖有导电薄膜成的玻璃基底，该纳米线阵列干涉传感器由下到上依次包括45°/45°/90°玻璃三棱镜或半圆棱镜、玻璃基底、位于玻璃基底上的导电薄膜和在导电薄膜表面的作为干涉传感层的纳米线阵列，所述的纳米线阵列由生长方向垂直于导电薄膜纳米线平行排列构成。

所述的玻璃基底是石英玻璃基底。

所述的导电薄膜为ZnO导电薄膜、ITO导电薄膜或FTO导电薄膜。

所述的纳米线阵列为TiO₂纳米线阵列或ZnO纳米线阵列。

所述的纳米线阵列中纳米线的形状为三角形、圆柱形、四方形、五方形、六方形中的一种。

所述的纳米线阵列中纳米线长度在2nm-10cm之间，纳米线的横截面直径为5-200nm，玻璃基底厚度为1mm-10cm；导电薄膜的厚度为10nm-1μm；纳米线阵列的厚度为2nm-10cm。

所述的一种纳米线阵列干涉传感器的制备方法，包括以下步骤：

①对玻璃基底进行清洁处理；

②在清洁处理后的玻璃基底上制备导电薄膜，获得导电玻璃基底；