[发明专利]一种全光纤表面等离子体共振传感分析仪

说明书

本发明公开了一种全光纤表面等离子体共振传感分析仪。本发明提供的SPR(表面等离子体共振)全光纤传感器基于表面等离子体共振原理，以固定波长激发光作为激励光源，光纤表面发生等离子体共振，产生信号，通过非对称光纤耦合光学结构将光信号收集至灵敏探测器中，经软件处理后可直接读出信号值，本发明的SPR传感器为全光纤传感器，不需要复杂的光学结构和信号处理装置，具有结构简单，灵敏度高的特点。该全光纤表面等离子体共振传感分析仪结构简单、体积小、灵敏度高，可快速、精准检测溶液折射率变化。

技术领域

本发明属于分析仪器领域，涉及一种全光纤表面等离子体共振传感分析仪。

背景技术

SPR(表面等离子体共振)传感器由于其免标记、高灵敏度等特点，在食品、环境、生物医药等领域具有广泛的应用前景。SPR检测技术可通过对表面折射率的变化而产生相应的角度、波长或者强度的变化，来实现不同分子的定性、定量以及分子间相互作用等情况的分析。与其他检测技术相比，具有灵敏度高、无需标记、可实时检测等特点。

目前，商业化SPR仪器主要采用棱镜型激发结构和角度型调制方式，仪器体积较大，价格昂贵，且机械结构不具灵活性，无法实现遥测。与传统的SPR传感器不同，光纤SPR传感器具有体积小、价格低、灵敏度高、抗干扰性能好、能够进行远程实时检测等优点。

然而，已报道的光纤SPR传感器需要通过光谱仪实现波长型调制，实时监测上依赖于复杂的数据处理，同时其发展也受到结构复杂和难以小型化的限制。基于光纤SPR传感器的显著优越性，其在医疗诊断、食品检测、环境监测领域有着广泛的应用前景和市场，波长型和角度型SPR传感器由于其光路系统复杂以及数据处理较为繁琐等问题，强度型SPR传感器逐步走向人们的视野。但是现有的强度型SPR传感器光学系统复杂，灵敏度低、稳定性差，且需要复杂的调试和专业人员操作，这直接限制了强度型SPR传感器的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种全光纤表面等离子体共振传感分析仪。

本发明提供的全光纤表面等离子体共振传感分析仪，其包括激励光源、非对称光纤耦合光学结构、光电探测器、光纤探头和信号处理装置；

所述光纤探头尾端封闭，依次由渐变段和细段组成；

所述细段的表面覆盖衬底层和金属膜层；

所述非对称光纤耦合光学结构包括非对称光纤耦合器、一根单模光纤和两根多模光纤；所述非对称光纤耦合器的一端并联连接单模光纤和第一多模光纤的一端；所述非对称光纤耦合器的另一端连接第二多模光纤的一端，其中，单模光纤的另一端连接激励光源，第一多模光纤的另一端通过光电探测器连接所述信号处理装置，第二多模光纤的另一端耦合所述光纤探头；所述非对称光纤耦合光学结构用于激发光源的输入和光信号的收集；

所述光纤探头尾端设置在样品池中；

所述信号处理装置，用于通过检测光纤探头反射光的光强变化完成所述样品池内介质折射率的测量。上述全光纤表面等离子体共振传感分析仪中，所述激励光源发出的激光的波长为635nm。

所述光纤探头尾端的总长度为1-3cm；

所述细段的芯径为300-500微米；

构成所述衬底层的材料为铬；

所述衬底层的厚度为2-10nm；

所述金属膜层的厚度为30-100nm；

所述金属膜层为金膜层；

所述渐变段的锥角为30度±5度；

所述渐变段的长度为0.5cm。

所述光纤为石英光纤；具体的，所述多模石英光纤的长度为5.5cm；所述单模光纤的芯径为4微米；所述多模光纤的芯径为600微米；