[发明专利]用于低折射率检测的近红外串联PCF-SPR传感器

说明书

本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种用于低折射率检测的近红外串联PCF‑SPR传感器，包括两根串联接触且对称分布的偏芯光子晶体光纤，光纤中心的空气孔外部的包层内设有三层呈正六边形排列的空气孔，其中在X轴上第二层的空气孔的位置为纤芯，两根光纤的纤芯近距离相对，其中最外层六边形的顶点为孔径小于空气孔的小气孔；排列的空气孔成六边形排列的空气孔和外层六个小空气孔；光纤的外壁之间设有上、下两根金线，金线与光纤的外壁接触；光纤的外侧为一个环形待测分析物通道。该传感器制作工艺简单，可大量生产且容易实现；结构体积小，易实现微型化；偏芯结构，倏逝场能容易地穿透金线，进而与外部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，具体涉及一种用于低折射率检测的近红外串联PCF-SPR传感器。

背景技术：

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技术在传感领域有着重要地位，凭借其实时分析、无需标记、灵敏度高等突出优势，广泛应用于生命科学、医疗诊断、环境监测、药物筛选、食品安全等领域。而光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)的出现，再次将基于表面等离子体共振技术的光纤传感器推向一个新的研究热点。光子晶体光纤是由周期性排列的空气孔组成，不同空气孔的设计使其含有相应的传输模式。与传统光纤传感器相比，光子晶体光纤传感器结构灵活多变，灵敏度高，受到了广泛的关注。

近年来，基于表面等离子体共振技术的光子晶体光纤传感器的研究成为热点，光纤的拉制技术和镀膜技术都有很大的发展。现常用的激发表面等离子共振的材料有银(Ag)、金(Au)、氧化铟锡(ITO)、氮化锆(ZrN)、氮化钛(TiN)、二氧化钛(TiO2)、石墨烯等。对于PCF-SPR传感器，激发表面等离子共振的材料的镀在光纤上的均匀程度以及镀膜过程的难易程度十分关键，由于光纤的微型化及圆形结构，这一过程的可达到的精度并不确定，尽管D型结构光纤的出现为相应材料提供了镀膜平台，但D型光纤的制作又十分不易。此外，目前对PCF-SPR传感器的研究主要集中在可见光波段对高折射率液体环境的检测，而且折射率检测的范围有限。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够工作在低折射率溶液环境下并且拥有较宽检测范围的近红外串联偏芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，弥补和改善了上述现有技术的不足之处。该传感器采用了光纤串联形式并结合两根金线接触相切的结构，制作工艺简单，可大量生产且容易实现；传感器结构体积小，易实现微型化；传感器中光纤无需镀膜，采用两根金线激发表面等离子共振效应，有效地避免了由于镀膜厚度不均匀导致制的传感性能不佳；传感器中串联且对称的两根光纤直接为金线提供了放置空间，金线与光纤互为相切；传感器中的两根光纤采用偏芯结构，倏逝场能容易地穿透金线，进而与外部作用实现更高的灵敏度。

本发明采用的技术方案为：一种用于低折射率检测的近红外串联PCF-SPR传感器，所述传感器包括两根串联接触且对称分布的偏芯光子晶体光纤，所述偏芯光子晶体光纤的包层的中心设有空气孔，中心的空气孔外部的包层内设有三层呈正六边形排列的空气孔，其中在X轴上第二层的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)，两根偏芯光子晶体光纤的纤芯近距离相对，其中最外层六边形的顶点(也即正六边形六个边的交点)为孔径小于空气孔的小气孔；排列的空气孔呈六边形排列的空气孔和外层六个小气孔；所述相互接触的两根偏芯光子晶体光纤的外壁之间设有上、下两根金线，金线与两根偏芯光子晶体光纤的外壁接触；两根偏芯光子晶体光纤的外侧为一个环形待测分析物通道。

进一步地，所述包层内空气孔的半径为0.45μm，小气孔的半径是0.4μm；所述的两根金线的半径为0.2μm。

进一步地，所述两根对称的偏芯光子晶体光纤串联相切，金线与串联的偏芯光子晶体光纤互为相切。

进一步地，所述偏芯光子晶体光纤的材料为二氧化硅，其为折射率引导型光子晶体光纤。