[发明专利]一种共振角度可调包层型光纤SPR传感器

说明书

本发明属于光纤传感器领域，具体涉及一种共振角度可调包层型光纤SPR传感器；包括顺次构成光路的超连续谱光源、传感光纤，收光光纤，光谱仪，所述收光光纤的纤芯直径大于传感光纤(2)的纤芯直径，所述传感光纤表面设置有至少一个纤芯和包层直径均变大的球状膨胀体，所述球状膨胀体表面或球状膨胀体后方表面镀制有金属膜，所述球状膨胀体纤芯中的低阶模式变成高阶模式至包层中，构成包层型光纤SPR传感探针，采用本发明技术方案的共振角度可调包层型光纤SPR传感器，易于加工，便于控制共振角度和倏逝场强度，同时还不降低光纤的机械强度。

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，具体涉及一种共振角度可调包层型光纤SPR传感器。

背景技术

表面等离子共振(SPR)传感器具有体积小，灵敏度高，抗电磁辐射和干扰，可实现远距离测量等优点，广泛应用于食品安全、生物医学、环境监测等方面。其原理为：当光波从光密介质射向光疏介质时，在两种介质的界面，将发生反射和折射，如果入射角大于临界角，将不会发生折射，反射光波与入射光波能量相等，这种现象称为全反射，当发生全反射时，入射光照射到两种介质分界面后，光波能量全部反射回光密介质，但并不是在界面上一下就反射回去的，而是在光疏介质中穿透很薄的一层，厚度在光波波长量级，这部分穿透的电磁波称为倏逝波，倏逝波在金属表面激发表面等离子体，在一定条件下，倏逝波与金属表面等离子体发生共振，此时，反射光的能量由于入射光的能量被部分吸收而下降，形成共振峰，当光疏介质折射率不同时，共振峰发生偏移，这就是光纤SPR传感器对待测介质(光疏介质)折射率参数进行检测的基本原理。

基于SPR原理的光纤传感器分为纤芯SPR传感器与包层SPR传感器。纤芯SPR传感器通常需要对纤芯包层进行腐蚀、研磨、侧抛使倏逝场泄露以进行传感，这使得光纤加工困难，还降低了光纤的机械强度；包层SPR传感器通常通过拉锥、异质芯结构和光纤光栅结构来将纤芯中的低阶模式耦合到高阶模式中，形成包层型光纤SPR传感器，虽然解决了纤芯SPR传感器加工困难的问题，但也存在降低光纤机械强度，难以控制共振角度和倏逝场强度的问题。特别是包层SPR传感器在生物医学、食品安全检测及化学检测领域有广泛应用需求，因此亟待解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种易于加工，便于控制共振角度和倏逝场强度，同时不降低机械强度的包层型光纤SPR传感器。

为达到上述目的，本发明提供一种共振角度可调包层型光纤SPR传感器技术方案：

包括超连续谱光源、外径相等的传感光纤和收光光纤，以及光谱仪，其中，传感光纤一端与收光光纤一端正对焊接，传感光纤的另一端与超连续谱光源相连，收光光纤的另一端与光谱仪相连；所述超连续谱光源发出的光由传感光纤接收并传输，收光光纤进行收光并将光信号传输到光谱仪进行信号采集和解调；所述收光光纤的纤芯直径大于传感光纤的纤芯直径，所述传感光纤表面设置有至少一个纤芯和包层直径均变大的球状膨胀体，所述球状膨胀体的纵向直径125μm-400μm，横向直径范围可以到0-2mm，所述球状膨胀体表面或球状膨胀体后方的包层表面镀制有金属膜，所述球状膨胀体纤芯中的低阶模式变成高阶模式至包层中，构成包层型光纤SPR传感探针。

本文所称球、球形均指球状膨胀体，上述共振角度可调是指相比于传统的多模光纤SPR传感器，SPR共振角度固定，本申请通过球状膨胀体不同的纵向直径来控制共振角度从而控制共振波长的范围，通过改变球状膨胀体的横向直径和球状膨胀体的数量来改变纤芯模式到包层模式强度的大小，从而控制共振谷深度，最终实现波分复用多通道的光纤SPR传感器。

作为优选方案，所述的传感光纤为单模光纤、渐变多模光纤或阶跃折射率多模光纤。所述的收光光纤是多模光纤，包层直径为125μm，纤芯直径为50μm至125μm，纤芯折射率可以为渐变型，也可以为阶跃型。

作为优选方案，所述超连续谱光源波长范围覆盖500nm至1000nm波段