[实用新型]基于SPR的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及基于SPR的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器。

背景技术

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，简称SPR)是指当光源发出的P型偏振复色光经过薄膜金属与介质的交界面时，若满足入射角大于全反射临界角，在表面上形成了电子浓度的梯度分布，形成等离子体振荡，形成表面等离子体波，由于表面倏逝波场与金属复折射率的存在，使满足谐振波长的光部分被吸收，其余波长的光被反射的现象。1968年，德国物理学家Otto和Kretschmann各自采用(Attenuated Total Reflection，简称ATR)的方法在实验中实现了光频波段的表面等离子体的激发。

在过去的二十多年中，由于基于Kretschmann结构的表面等离子体共振(SPR)传感器高灵敏度和高分辨率特性，基于表面等离子体(SPR)的研究及其应用得到了越来越多人的关注，其主要应用于生物和化学传感领域，目前基于Kretschmann结构的SPR分析仪已经商业化。基于Kretschmann结构的SPR传感器的体积比较大，不利于SPR分析仪的集成，同时，基于该结构的SPR传感器具有的测量范围比较窄。2012年，香港城市大学的Siu Pang Ng等人发表于Optics Express期刊的论文，结合基于Kretschmann结构的SPR传感器、共光路干涉技术和载波解调技术测量NaCl溶液浓度的变化，对应折射率的变化范围为1.3333～1.3648，实现了3×10^-2RIU的测量。但是该文中光路结构复杂，光路中使用双折射晶体，增加成本。2013年，A.Giorgini等人在Optics Letters发表基于光学谐振腔提高传感灵敏度的方法，折射率测量范围为1.320～1.332，1.2×10^-2RIU的变化。1993年，Jorgenson等人在实验上实现了基于SPR的光纤化工传感器，相比于棱镜SPR传感器，它具有体积小、响应快、成本低、可以实现在线实时监测等优势，有着更大的研究前景和经济价值。近些年，如何提高基于光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的灵敏度和测量范围成为目前研究的热点。在结构方面，构造等离子腔体结构是基于光纤表面等离子体共振(SPR)的提高测量灵敏度的一种方式。2005年，美国亚利桑那州立大学的Soame Banerji等人发表Optics Letters的文章指出，利用基于光纤的SPR双传感通道的传感器可实现2×10^-4RIU分辨率的测量，折射率的测量范围1.328～1.346，1.8×10^-2RIU折射率的测量范围。该文中，在实验前需要在一个镀金膜的传感区镀聚合物，而且厚度100nm需要严格控制，加工工艺和传感结构很复杂。综上所述，基于棱镜结构的表面等离子体共振(SPR)传感器具有高的测量灵敏度，但测量范围很窄，体积大；基于光纤结构的SPR传感器，为了提高测量灵敏度，需要构造新的结构，测量范围也比较窄，而且，不论是基于棱镜结构还是光纤结构的SPR传感系统的折射率测量范围都是在10^-2RIU一下，这些缺点严重阻碍基于光纤结构的表面等离子体共振传感器的发展和应用。

针对上述基于光纤结构的表面等离子体共振(SPR)传感器感头结构复杂、测量范围窄、灵敏度低等问题，本实用新型提出一种基于SPR的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器，结构简单，成本低，具有很强的实用价值。

实用新型内容

为了克服基于光纤结构的表面等离子体共振(SPR)传感器感头结构复杂、测量范围窄、灵敏度低等问题，本实用新型提出一种结构简单，成本低，具有很强的实用价值的基于SPR的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案：

基于SPR的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器，包括：宽带光源、光隔离器、偏振控制器、微流通道、侧边抛磨单模光纤、载玻片上镀有金膜的芯片、光谱仪、微流泵。