[发明专利]环形芯光纤SPR传感器

说明书

本发明提供的是一种环形芯光纤SPR传感器。其特征是：它由输入光纤，环形芯光纤，SPR传感纳米膜和输出光纤组成。所述系统中：环形芯光纤经过侧面抛磨或者氢氟酸腐蚀，去除部分包层，在侧面抛磨或者氢氟酸腐蚀区域制备一层SPR传感纳米膜，形成SPR传感区，输入光纤将光束耦合进环形芯内传输，光束传输至SPR传感区时，满足SPR谐振条件的光波发生谐振，实现SPR传感，携带传感信息的输出光耦合进输出光纤输出。本发明可用于液体环境的折射率变化的传感测量，可广泛用于生物化学传感技术领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种环形芯光纤SPR传感器，属于光纤传感技术领域。

(二)背景技术

20世纪80年代，Kretschmann棱镜型SPR传感器在实验上被应用到了化学和生物学的检测当中，由于这个设计简单、方便，至今仍被人们广泛使用。尽管Kretschmann棱镜型SPR传感器性能稳定，但是由于其需要光学器件和机械组件配合工作，使得系统体积庞大，通常只适用于实验室检测，无法满足外部环境或狭小复杂环境的定点式检测；而且这类设备中需要精密的入射光角度调制组件，使得其成本非常高昂。因此，商业化的SPR设备(如Biacore，GEHealthcare)在生化检测应用上相比于其他同类的检测设备也不具备很强的竞争力。因此，虽然光纤SPR传感器的研究与应用较棱镜型SPR传感器要晚得多，但由于光纤SPR传感器采用光纤作为传输媒介，具有价格相对低廉、结构微小、稳定性好、灵活度高、可实现远程在线检测以及易于集成等特点，这就使得光纤SPR技术目前在化学、生物、环境以及医药领域都有着相当重要的研究价值，因而近年光纤SPR传感器也成为SPR传感研究领域的新热点。

光纤SPR传感最早报道于1993年，Jorgenson采用多模纤光纤镀膜激发出SPR(JORGENSON R,YEE S.,Sensors and Actuators B:Chemical,1993,12(3):213-20.)，从而开启了光纤SPR传感研究的热潮。虽然基于多模光纤传输能量高，但由于在光纤中存在模式耦合、偏振态损失，但得到的共振谷浅而宽。为了解决以上问题，Slavik等人采用了微弯侧抛单模光纤的方案(SLAVíK R,HOMOLA J,J.Sensors and Actuators B:Chemical,1999,54(1):74-9.)。此外，为了提高SPR的激发效率，人们提出了在光纤上制备出各种不同的结构的方法。例如侧抛光纤增强泄露的消逝场，以增强SPR激发(PILIARIK M,HOMOLA J,MAN₁KOV Z,et al.,Sensors and Actuators B:Chemical,2003,90(1):236-42.)；通过布拉格光纤光栅(Hu T,Zhao Y,Song AN.,Sensors&Actuators B Chemical,2016,237:521-525.)、长周期光纤光栅(Hu H F,Deng Z Q,Zhao Y,et al.,IEEEPhotonics Technology Letters,2014,27(1):46-49.)等结构实现SPR激发；还有通过对多芯光纤进行端面研磨(Liu Z,Wei Y,Zhang Y,et al.,Optics Letters,2015,40(12):2826-9.)，实现SPR激发。

近年来，具备各种微结构的光纤的出现也为光纤SPR传感增添了各种可能性。Maciej Napiorkowski理论分析了一种微结构光纤的弯曲SPR共振光谱特性(NapiorkowskiM,Urbanczyk W.,Optics Express,2013,21(19):22762-22772.)；苑立波等人提出螺旋多芯光纤SPR传感器(CN105954236A)；Zhihai Liu等人提出采用多芯光纤用作多通道的SPR生物传感器，实现了单个传感光纤的多成分生物传感(Liu Z,Wei Y,Zhang Y,et al.,Sensors&Actuators B Chemical,2016,226:326-331.)。