[实用新型]一种基于内微腔的高动态范围光纤SPR传感头

说明书

本实用新型公开了一种基于内微腔的高动态范围光纤SPR传感头，包括输入单模光纤，多模光纤，无芯光纤，空气腔，金膜，输出单模光纤。宽带光从输入单模光纤左端进入传感头，传输至输入单模光纤与多模光纤的分界面时，扩散至多模光纤纤芯区域，到达多模光纤末端的空气腔时，由空气腔的微透镜效果，对光第二次扩束，扩束后的光到达无芯光纤外表面形成倏逝场。通过多模光纤长度、微腔直径等几个参数的优化可达到增强表面倏逝场的目标，接着用金纳米颗粒对无芯光纤表面进行修饰，制成强倏逝场的光纤SPR传感头。该传感头通过增强倏逝场，获得高动态范围，且具有较低的测量极限，避免了由于腐蚀、抛磨等加工方式带来的传感头或结构脆弱问题。

技术领域

本实用新型属于光纤传感领域，特指一种基于内微腔的高动态范围光纤SPR传感头，广泛应用于生命科学、药物开发、医学诊断、公共安全等领域。

背景技术

表面等离子体共振(SPR)是一种物理光学现象，利用光在界面处发生全内发射时的消逝波，可以引发金属表面的自由电子产生表面等离子体在入射角或波长为某一适当值的条件下，表面等离子与消逝波的频率和波数相等，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在发射谱上出现谐振峰(即反射强度最低值)。使用光纤作为SPR传感头的光波导介质相较可以极大限度地缩小传感头体积，成本更低，相应更快，可以实现在线实时检测。

但目前商用的光纤SPR传感头由于光波在波导内传输能量较为集中，传感头多用腐蚀、抛磨或扭转的加工方式获得倏逝场，这些加工方式带来传感头或结构脆弱，体积较大，光波与表面等离子体耦合效率不高等问题。通过内微腔增强倏逝场，是提高光纤SPR传感头动态范围，信噪比且达到较低测量极限的一条重要途径。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于内微腔的高动态范围光纤SPR传感头，通过增强倏逝场，获得高动态范围，且具有较低的测量极限和高信噪比，并且避免了由于腐蚀、抛磨或扭转等加工方式带来的传感头或结构脆弱问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于内微腔的高动态范围光纤SPR传感头，包括输入单模光纤，多模光纤，无芯光纤，空气腔，金膜，输出单模光纤。输入单模光纤右端与多模光纤左端熔接，多模光纤右端熔接无芯光纤左端，熔接同时通过多模光纤右端面微孔熔接放电形成空气腔，无芯光纤外表面镀有一层金膜，输出单模光纤左端与无芯光纤右端熔接。

所述的输入单模光纤的纤芯直径为8.4um，包层直径为125um。

所述的多模光纤的纤芯直径为62.5um，包层直径为125um，长度为4.35mm。

所述的无芯光纤的纤芯直径为125um，长度为55.38mm。

所述的空气腔为球形，直径为50um。

所述的金膜厚度为50um。

所述的输出单模光纤的纤芯直径为8.4um，包层直径为125um。

本实用新型的工作原理是：宽带光从输入单模光纤左端进入传感头，当光传输至输入单模光纤与多模光纤的分界面时，光扩散至多模光纤纤芯区域，到达多模光纤末端的空气腔时，由空气腔的微透镜效果，对输入光第二次扩束，扩束后的光到达无芯光纤外表面并形成倏逝场。通过多模光纤芯径、长度、微腔直径、无芯光纤的长度等几个参数的优化可达到增强表面倏逝场的目标，接着用金纳米颗粒对无芯光纤表面进行修饰，制成强倏逝场的光纤 SPR传感头，光谱仪检测由输出单模光纤右端输出的光谱信息。

本实用新型的增益效果是：本实用新型传感头通过增强倏逝场，获得高动态范围，且具有较低的测量极限和高信噪比，并且避免了由于腐蚀、抛磨或扭转等加工方式带来的传感头或结构脆弱问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式