[发明专利]一种布里渊光机腔内微流生化传感器

说明书

本发明属于传感领域，具体涉及一种基于布里渊光机腔内微流生化传感器。器件由毛细玻璃管微泡腔，功能化氧化石墨烯薄膜，微纳光纤组成。通过结合光学传感与微腔传感的先进工艺，在毛细玻璃管微泡腔的腔内集成功能化氧化石墨烯薄膜。利用特定功能化氧化石墨烯对待测分子的吸附造成的腔内泵浦激光激发的前向布里渊信号的频移，极大提高了生化传感器的传感灵敏度。同时，该生化传感器可靠性强、抗干扰、信噪比高，可直接集成于全光纤系统中，实现高灵敏度的生化传感功能。

技术领域

本发明涉及光学传感、材料科学和生化传感领域，涉及光学传感与微腔传感技术，具体为一种布里渊光机腔内微流生化传感器。

背景技术

光学传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。当光波在介质波导中传播时，因被传感对象(温度，压力，浓度等)的变化而导致表征光波的特征参量(波长，振幅，偏振态等)发生变化，从而实现传感功能。与传统的电学传感器相比，光学传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、传感信息量大等优点；因此，光学传感器也得到了人们的重视。目前应用于生化传感方面的光学传感器仍然存在传感灵敏度低，结构复杂等缺点，因此如何在器件结构简单的前提下提高传感灵敏度，是光学生化传感器的发展重点。

光学微腔是一种能够把光场限制在微米量级的光学谐振腔，它利用在介电常数不连续的材料界面的反射、散射或衍射，将光能量限制在很小的区域内来回震荡，从而增加光子寿命，减少光场模式数目，具有很高的品质因子。基于具有超高品质因子的谐振腔，外界环境的扰动会使得腔内光信号变化显著，从而大幅度提高传感灵敏度。

受激布里渊散射(SBS)作为一种光纤中重要的非线性效应，对传感系统有着重要的影响。其产生原理为：对于在介质或诸如光纤之类的波导中传播的强光(例如激光)，光本身电场的变化可通过电致伸缩或辐射压力在介质中引起机械振动。由于这些振动，入射光会产生一个斯托克斯光，用以满足相位匹配和能量守恒条件。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有光学生化传感器传感灵敏度相对不足的问题，本发明提供了一种布里渊光机腔内微流生化传感器。

一种布里渊光机腔内微流生化传感器，由毛细玻璃管微泡腔，微纳光纤和功能化氧化石墨烯薄膜三部分组成。

所述毛细玻璃管微泡腔是由直径90-110微米，壁厚10-20微米的毛细玻璃管通过光纤熔接机制备而成；外径100-120微米，厚7-9微米，品质因数5百万以上。

所述微纳光纤的轴向与毛细玻璃管微泡腔的轴向互相垂直，并与毛细玻璃管微泡腔外腔壁的中切面接触，实现与毛细玻璃管微泡腔的光耦合，用以输入激光和输出传感信号，微纳光纤接触毛细玻璃管微泡腔的光纤直径为1-4微米。

所述功能化氧化石墨烯薄膜设置于毛细玻璃管微泡腔内壁，对待测传感分子有特异性吸附功能，用于吸附待测传感分子，当功能化氧化石墨烯薄膜表面吸附上待测传感分子时，毛细玻璃管微泡腔内的局部有效折射率发生变化，改变了耦合到腔内的泵浦光信号激发的前向布里渊过程的相位匹配条件，导致泵浦光所激发的斯托克斯光的频率移动。从而通过建立“泵浦光与斯托克斯光拍频信号的频移-分子浓度”的关系，达到特异性传感的目的。

进一步的，所述毛细玻璃管微泡腔通过控制光纤熔接机的放电强度为200-300毫安，单次放电时间150-200毫秒进行电弧放电2-5次以得到。

进一步的，所述毛细玻璃管微泡腔内部为待测传感物的流经通道，待测物从毛细玻璃管微泡腔的一端流入，另一端流出。