[发明专利]光纤包层表面Bragg光栅生化传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器，具体涉及光纤包层表面Bragg光栅生化传感器及其制作方法。

背景技术

光纤光栅以其微型尺寸、抗干扰能力强、高灵敏度、绝对测量等优点，为光学传感器家族在军用及民用工程的结构监测、海下油田以及许多其他领域的应用提供了重要手段。开发对外部介质折射率敏感的光纤光栅生化传感器已成为光学传感和生物化学、生物医学等学科的交叉领域的研究热点之一。如血糖浓度测量、药物的筛选、食品中细菌病毒的检测，DNA杂交、生物分子相互作用的原位监测，氢气、TNT炸药的探测等，均通过光纤光栅生化传感器测量外部介质折射率的微小变化量，间接的估算被测参量的值或评估生化过程参量的状态信息。

光纤光栅包括光纤Bragg光栅和长周期光纤光栅两种基本类型。其中，长周期光纤光栅是将纤芯模到同向包层模，包层模的倏逝场能够受到外部待测介质的影响导致其谐振波长或强度的变化进行测量，因此长周期光纤光栅本质上不需要经过任何处理即可实现折射率的传感，但是，长周期光纤光栅不仅对折射率十分的敏感，而且对温度、应变等物理参数也十分的敏感，因此当将其应用于生化方面的传感时，会存在严重的交叉敏感问题；此外，长周期光纤光栅的3dB谐振带宽一般>20nm，因此理论上其对外部参量的检测精度较低。

而光纤Bragg光栅是同向纤芯基模到反向纤芯基模的耦合，其倏逝场的能量仅仅局限于纤芯的内部，因此它本质上对折射率不敏感，仅对温度、应变或压力敏感，但是光纤Bragg光栅的3dB谐振带宽很窄(0.1nm～0.5nm)，因此，理论上其对外部参量的检测精度很高；此外，光纤Bragg光栅的温度/应变灵敏度较长周期的温度/应变灵敏度低得多，因此其交叉敏感效应很小。过去十多年，为了使得传统光纤Bragg光栅对外部介质折射率敏感，许多人采用化学溶液腐蚀或侧面研磨的方法去除光纤Bragg光栅的全部包层或大部分包层，形成微米直径量级的Bragg光栅(直径3μm～15μm、长度1mm～20mm)，于是可使其纤芯模的倏逝场透射到外部待测介质中，则光纤Bragg光栅将对外部介质折射率的变化将十分敏感，从而可将其应用于生物化学、医学、生命科学等相关领域的各种参量和检测。但化学腐蚀或侧面研磨光纤Bragg光栅包层的方法存在许多的缺点，比如：1)无法保证光栅表面的均匀性，因此使得光栅的谐振光谱展宽，导致传感中的测量精度降低，甚至无法使用；2)降低了光纤Bragg光栅的机械强度，导致使用过程中操作困难、容易折断。3)化学腐蚀或侧面研磨的过程耗时较长，过程不好控制，重复性不好。