[发明专利]一种基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感器

说明书

本发明公开了一种基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感特性，包括光纤体及光纤端面上的传感体，其中传感体由金属薄膜以及开设在金属薄膜上的圆孔狭缝阵列结构组成，这些个圆孔狭缝单元均贯通开设在金属薄膜上，并以周期性排布，每个圆孔狭缝单元尺寸和形状完全相同，圆孔狭缝结构单元内部均填满了外界介质。金属薄膜以及开设在金属薄膜上圆孔狭缝构成统一整体的传感体。本发明光纤传感器结构在近红外频段内具有较好的透射峰以及保持良好传感特性，并且通过改变相关结构参数可以达到调整光谱的偏移距离和透射峰的位置。从而可以实现灵敏度为156±5nm/RIU，使之在光纤传感器具有利用率高、使用范围广、检测精度高、易于加工等一系列优势。

(一)技术领域

本发明属于微纳光电子技术领域，具体涉及一种基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感特性。

(二)背景技术

光学异常透射现象：当光入射到具有亚波长周期孔阵列的金属薄膜时，光的透射效率得到了极大的增强，突破了传统孔径衍射理论的限制。自从1998年Ebbesen T.W小组等人研究具有周期性亚波长孔金属薄膜的光透射特性以来,发现了光学异常透射现象(EOT)，这种新奇的EOT现象引起了人们广泛的关注。研究者通过改变结构周期、孔洞形状、金属薄膜厚度、入射角度等各项参数，发现可以有效调节透射光谱位置和大小。这些透射光谱在生物传感、光学滤波器、纳米光刻、新型光源和光学存储等方面具有着广阔的应用前景。从而产生了一些与表面等离子激元相关的光学集成器件。

关于光学异常透射EOT现象的机理解释，被认为是表面等离激元(SPP)与入射光波的相互耦合效应。表面等离子激元是沿着金属-介质表面传播的一种特殊表面电磁消逝波，并垂直金属表面方向上呈指数衰减，它可以突破传统的光学衍射极限。由于其具有独特的表面波特性，它能够突破亚波长结构的约束来引导光传播，这将有利于实现光子器件结构尺寸的微型化。

近年来，科研成果日新月异，层出不穷。研究人员在不断优化亚波长孔阵列周期结构的各种参数来提高光透射性能。例如，Beermann J等人使用内嵌薄膜狭缝结构；Bai M等人提出了多层薄膜结构，均对光学异常透射EOT特性的研究具有重要的参考意义。随着科技的不断发展，光纤传感器作为一种检测装置，在生物医疗、环境监测、食品等领域有着广泛的应用，由于传统的光纤传感器在各方面性能受到了制约，在实际需求中没有得到更好的应用，而光学光纤传感器因其体积小、易于集成、易于加工等一系列优点，引起了越来越多的科研人员关注。但光学传感器还存在着测量精度不高、检测测精度差、灵敏度低等问题，为了解决此问题以及获得良好的传感特性，本发明提出一种基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感器。

(三)发明内容

本发明主要针对现有的等离子光纤传感器如何有效稳定及提高灵敏度问题，根据光纤传感体的各项参数来探讨光纤如何有效保持传感特性。因此提供一种基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感器。为了解决上述的问题，本发明是通过以下方案来实现：

基于布拉格光纤端面金孔阵列结构的折射率传感特性，包括光纤体以及设置在光纤端面上的传感体。光纤体由纤芯、外包层及涂覆层构成，其中纤芯包括内包层和纤核。所述传感体由金属膜和多个狭缝结构单元组成，这些狭缝结构单元贯通开设在金属膜上，并在金属膜上呈周期性排布，外界介质填充在狭缝结构单元内，每个狭缝结构单元均由贯通在金属膜上下表面的多个圆孔狭缝组成。

上述方案中，所述多个狭缝结构单元均完全一致。

上述方案中，所述多个圆孔狭缝结构单元形状和尺寸均相等。

上述方案中，所述金属膜的材料为金。

上述方案中，所述金属膜厚度符合工作条件即可。

上述方案中，所述金属膜的尺寸与光纤纤芯端面的尺寸完全相等。

上述方案中，所述光纤体的内包层厚度范围为0.01um～0.03um。