[发明专利]一种基于SPR的高灵敏度光子准晶体光纤折射率传感器

说明书

本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种基于SPR的高灵敏度光子准晶体光纤折射率传感器，光纤包层上设有按照八重Penrose型光子准晶体结构排布的空气孔，其中在Y轴上第11层的空气孔的位置为纤芯，且纤芯上方第14层和第16层的气孔为第一小径空气孔和第二小径空气孔；光纤的Y轴外壁上局部镀有氧化铟锡膜，光纤的外侧为一个环形待测分析物通道。该传感器采用环形分析物通道，结构简单制作容易；体积小，易于实现微型化；采用氧化铟锡用于表面等离子体激发，化学性质更稳定；采用局部镀膜，有效的避免高阶耦合的产生；采用独特的偏芯结构，倏逝场更容易穿透氧化铟锡薄膜，使倏逝场与外部更好的作用实现更高的灵敏度。

技术领域：

本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种基于SPR的高灵敏度光子准晶体光纤折射率传感器。

背景技术：

基于表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)的光纤传感器具有灵敏度高、无需标记、快速响应等突出特点，普遍应用于食品安全、医疗诊断、药物检测等领域。然而，传统的光纤传感器仍然存在许多难以解决的缺点，如保偏性较差，耦合损耗较大，以及交叉敏感等问题，这些大大限制了传感器性能的提升。光子准晶体光纤(photonicquasi-crystal fiber，PQF)是在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)的基础上发展起来的一种新型的微结构光纤，准晶结构的格点排列具有旋转对称和长程指向性，但没有平移周期性。其横截面的空气孔排列呈二维准晶体结构，是由一个正方形和一个正三角形或菱形和一个正方形组成的基本单元旋转而来的，可以得到具有5重，8重，10重，12重等多重准晶结构。研究表明，准晶体结构光纤具有普通光纤和光子晶体光纤所不具备的一些优良传输性能，比如，约束损耗小，近零的超平坦色散、较大的负色散、较大的模场面积等优点。

基于表面等离子体共振的光子准晶体光纤(PQF-SPR)传感技术是近年来国际上刚刚兴起的一种用于检测生化物质的新型检测技术。PQF-SPR传感器在生物、化学、环境、医学等许多领域都有广泛的应用前景。2015年，M.S.Aruna Gandhi,S.Sivabalan，提出了十重PQF-SPR传感模型。从那以后，有多种PQF-SPR传感器被报道。但是，之前提出的大部分PQF-SPR传感器结构复杂，普遍利用不稳定(易氧化)的金属材料制作SPR传感器并且工作在可见光范围内。氧化铟锡(ITO)是一种稳定的导电金属氧化物，即使是沉积在介电表面的非常薄的一层，也不会像金膜一样有岛状形成。此外，镀氧化铟锡膜SPR传感器可以工作在近红外区域，研究此波段的光纤传感器具有很大的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于SPR的高灵敏度光子准晶体光纤折射率传感器，弥补和改善了上述现有技术的不足之处。该传感器的工作波段在近红外区域，具有较高的折射率检测灵敏度；传感器采用环形分析物通道，避免对光纤处理，维持光纤原有的机械强度，结构简单容易制作降低了加工难度；体积小，易于实现传感器的微型化；传感器采用氧化铟锡用于表面等离子体激发，化学性质更稳定；传感器采用局部镀膜，有效的避免高阶耦合的产生；传感器采用独特的偏芯结构，倏逝场更容易穿透氧化铟锡薄膜，使倏逝场与外部更好的作用实现更高的灵敏度。

本发明采用的技术方案为：一种基于SPR的高灵敏度光子准晶体光纤折射率传感器，所述传感器的光纤包层上设有按照八重Penrose型光子准晶结构排布的空气孔，其中在Y轴上第11层空气孔的位置为纤芯(也即该位置没有空气孔，而是偏心的纤芯)，且纤芯上方第14层和第16层的气孔为第一小径空气孔和第二小径空气孔(也即纤芯上方第14层和第16层的两个空气孔的孔径小于其余空气孔的孔径)；所述光纤的Y轴外壁上局部镀有氧化铟锡膜(也即在两个小空间空气孔光纤外圆周上局部镀有氧化铟锡膜)，其弧长为八分之一的圆周长，光纤的外侧为一个环形待测分析物通道；所述的八重Penrose型光子准晶体结构为第一至十六层的散射子。