[发明专利]一种光纤SPR复用传感解调装置及解调或功能扩展方法

说明书

技术领域

本发明属于传感及检测技术领域，特别涉及一种基于光纤SPR传感的具有扩展功能的光纤SPR复用传感解调装置及方法。

背景技术

SPR(表面等离子体共振)现象是一种发生在金属与电介质界面的物理光学现象。金属表面的自由电子在光线的照射时会偏离原来的平衡位置，从而形成周期性的间歇震荡波，即表面等离子体波(SPW)。当入射光的波矢与表面等离子体波矢满足相位匹配条件时，二者产生共振，就会产生表面等离子体共振也就是SPR现象。此时入射光的能量将会大量的耦合到表面等离子体，透射光强发生显著的减弱。由于SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，利用SPR传感器的透射光谱可以实时跟踪电介质折射率的变化，进而检测出折射率不同的物质。光纤SPR传感技术是将光纤与SPR有效结合的一种新技术。光纤SPR传感器采用光纤作为载体，跟传统的棱镜型SPR传感器相比，其优势主要体现在：小型化、无标记、耗样量少，以及可实现远距离实时检测。目前用于各类生物试剂检测的光纤SPR传感器种类非常多，但是已有的SPR传感器在检测时每次只能检测一种物质，单位耗时长，检测效率低。

20世纪中叶以来生物医学的迅猛发展，各类生物医学问题逐渐成为研究热点，其中生物试剂的检测是研究的重点之一。目前已经发展成熟且被广泛使用的生物传感检测方法，所需要的前期处理工序较多、测量结果常引入人为因素、检测手段耗时较长且一般需要对样品进行标记，这些都阻碍了生物医学的进一步发展。与传统生物医学检测手段相比，光纤SPR传感技术具有实时检测、无标记、耗样量少等特点，在生物传感、检测方面越来越受到重视。除此以外，光纤SPR技术还可广泛用于环保、生化、医学、生命科学研究等。

目前光纤SPR技术尚处于起步阶段，并且利用光纤SPR传感器对多种生物化学试剂进行检测时一般是采用单个光源与单个光纤SPR传感器对待测试剂逐一进行传感检测，耗时较多，检测结果难以相互比较。因此实现多种待测介质的复用传感检测，可以大幅度的提高检测效率，从而更广泛的应用于全社会。

发明内容

本发明目的是解决现有的光纤SPR传感检测装置每次一般只能检测一种待测物、单位耗时较长、检测效率低下的问题。为了更好的实现市场化应用，更少的占用光源、光谱分析仪等硬件资源，本发明提供了一种具有扩展功能的光纤SPR复用传感解调装置及方法。利用激光分束器以及滤光片技术，避免了多个光路之间的波段重叠、相互干扰现象，将三个或者多个光纤SPR传感器进行组合，从而实现三个或者三个以上的待测介质的同时传感检测。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种光纤SPR复用传感解调装置，包括：

光源：采用卤钨灯宽带光源；

分束器：用于将光源发出的光分成三束同等光强的光；

滤光片：包括三个中心波长不同的第一滤光片、第二滤波器和第三滤波器，将光源发出的光分成不同波段的光，且三者透射光谱之间彼此没有重叠；

光纤SPR传感器：包括三个共振特征波长值及SPR共振峰不同的第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器用于分别进行多个被测物质折射率的同时传感；

合束器：用于将多个拥有不同波长的光进行合束，成为一束光并输出；

光谱分析仪：集信息采集，处理，存储诸功能于一体，用于实时显示不同波长对应的光强信息；

计算机：对光谱分析仪采集到的光谱信息进行实时显示和解调处理，同时获得被测物质的折射率信息。

利用上述光纤SPR复用传感解调装置的解调方法，包括以下步骤：

光源发出的光束经过分束器后被分成三束等光强的光束；所述三束等光强的光束再分别通过三个中心波长不同、光谱互不重叠的第一滤光片、第二滤波片和第三滤波片，从而形成拥有不同波段的三束彼此独立的光束；

所述三束彼此独立的光束作为独立的输入光源分别通过三个不同的第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器，利用第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器分别检测三种不同的被测物质，并将物质的折射率信息转化为光学信号；