[发明专利]一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器

说明书

本发明公开了一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器，所述微结构光纤包层中心设有中心空气孔、以中心空气孔为中心对称分布有两个包层小空气孔和多个包层大空气孔，包层大空气孔截面直径大于包层小空气孔截面直径，微结构光纤包层外表面涂覆有等离子体激元材料层，等离子体激元材料层外表面涂覆氧化物薄膜层。本发明提供的一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器，具有体积小、可集成等优点，在环境、生物和生化分析物检测检测方面有着广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器，属于微结构光纤传感器技术领域。

背景技术

目前，表面等离子体激元（surface plasmon polaritons，SPP）因其独特的光学性质，吸引了众多研究者的关注，在光学传感探测、纳米光子学、近场光学等领域具有重要应用，形成了一系列新的热点方向。表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）光学传感器由于其灵敏度高、免标记、可实时检测等突出优点，在化学、生物、环境及医药等领域已展现出了广阔的应用前景。

尤其是近些年，随着微结构光纤（photonic crystal fiber，PCF）技术的发展，为表面等离子体共振在光学传感方面的应用提供了新的平台，人们研究了各种类型的基于SPR的PCF传感器，这些新型的传感器大都具有结构灵活、体积小、可集成等特点，应用潜力巨大。

根据金属等离子体激元材料所在位置的不同，PCF-SPR折射率传感器可分为两种类型。第一种类型是金属材料被涂覆在PCF的内部某些空气孔中，当待测物质填充于镀有金属膜的空气孔中时，通过分析透射光的频谱变化即可测得待测物质的特性，这种类型的传感器已经有过很多报道。不同于第一种PCF-SPR，第二种PCF-SPR的金属材料被涂覆在PCF的外表面，如D形PCF传感器，多纤芯PCF传感器等。这种类型的PCF-SPR折射率传感器制作工艺更加简单，但是金属等离子体激元材料极易氧化，这将影响传感器的可靠性。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于SPR效应的螺旋微结构光纤折射率传感器，包括：微结构光纤包层，微结构光纤包层中心设有中心空气孔、以中心空气孔为中心对称分布有两个包层小空气孔和多个包层大空气孔，包层大空气孔截面直径大于包层小空气孔截面直径，微结构光纤包层外表面涂覆有等离子体激元材料层，等离子体激元材料层外表面涂覆氧化物薄膜层。

作为优选方案，所述包层小空气孔、包层大空气孔以中心空气孔为中心呈螺旋轨迹排列。

作为优选方案，所述等离子体激元材料层采用金膜，氧化物薄膜层采用TiO2膜。

作为优选方案，所述中心空气孔的半径为0.20±0.01μm，包层小空气孔的半径为0.30±0.01μm，包层大空气孔的半径为0.6±0.1μm。

作为优选方案，所述金膜的厚度为40±5nm，TiO2膜厚度为15±5nm。

作为优选方案，所述微结构光纤包层的材料为二氧化硅，其折射率由Sellmeier方程确定。

作为优选方案，微结构光纤为折射率引导型光子晶体光纤。

作为优选方案，所述中心空气孔与包层小空气孔之间设置有纤芯，所述纤芯为双芯结构。