[发明专利]一种基于双偏振D型光子晶体光纤双参量SPR传感器

说明书

本发明提供了一种基于双偏振D型光子晶体光纤双参量SPR传感器。所述传感器具有顶部侧抛平面和底部n型微通道，在侧抛平面上方和n型微通道顶部弧形内壁上均涂覆有金膜和TiO₂层。本发明利用偏振控制器来控制产生X偏振或Y偏振，Y偏振与侧抛平面上的金膜产生SPR可检测待测介质折射率，X偏振与n型微通道顶部弧形内壁上的金膜产生SPR可检测磁场强度，从而实现双偏振检测双参量。本发明的优点是：双偏振检测减少各参量间影响，增大各参量检测范围；n型微通道减少磁流体到待测介质距离，增大磁流体体积，提升磁场强度检测灵敏度；TiO₂层提升传感器检测灵敏度。该传感器设计新颖，检测范围宽，灵敏度高，抗干扰性强，具有良好传感特性。

技术领域

本发明涉及光纤表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感领域，特别是一种基于双偏振D型光子晶体光纤双参量SPR传感器。

背景技术

近年来，光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)作为一种新型光纤被广泛应用于各种传感领域。光子晶体光纤在光学领域显示出了自己的优势，特别是通过操纵其结构参数来控制其光学特性的能力。基于PCF-SPR的传感器由于其简单紧凑的探头设计具有高灵敏度、鲁棒性、成本效益、快速响应、无标签检测等优点而得到广泛的研究。更重要的是，可以通过优化PCF的结构参数来提高灵敏度和传感范围。

随着光纤SPR传感和磁流体(Magnetic Fluid,MF)技术的发展，诸多学者开始研究采用光纤SPR传感技术和MF填充方式实现磁场传感。2019年，Liu等人提出一种基于表面等离振子共振的双芯光子晶体光纤同时测量磁场和温度，通过双参数解调方法，磁场灵敏度和温度灵敏度分别可以达到0.44nm/mT和-0.37nm/℃；2019年，Li等人提出基于SPR和PCF的磁场和温度双参量光纤传感器，此传感器实现磁场灵敏度为0.08269nm/Oe、温度灵敏度为-0.4936nm/℃的双参量传感；2020年，Wang等人提出一种新型光子晶体光纤结构设计及磁场传感特性研究，在0～78Oe磁场范围内，灵敏度达95pm/Oe。

为克服传统光纤传感器单一测量的不足，同时克服单一偏振测量多参量之间相互的影响，本发明提出了一种利用双偏振测量机制，实现了磁场强度和折射率双参量测量的D型SPR传感器。该传感器设计新颖，检测范围宽，灵敏度高，抗干扰能力强，具有良好传感特性，在未来实现光电子集成器件及多功能传感检测领域具有重要的应用前景，是一种实用的光纤SPR传感器发明内容。

发明内容

本发明提供一种基于双偏振D型光子晶体光纤双参量SPR传感器，其构简单，便于制作。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于双偏振D型光子晶体光纤双参量SPR传感器，如图1所示，其特征在于：所述光纤传感器本体由光子晶体光纤(1)、纤芯(2)、金膜(3)、TiO₂层(4)、磁流体Fe₃O₄(5)、待测介质(6)、空气孔(7)和完美匹配层(8)组成。

通过抛磨的方法在光纤顶部磨出侧抛平面，在底部磨出n型微通道，并在侧抛平面上和n型微通道顶部弧形内壁上涂覆TiO₂层(4)和金膜(3)。

所述空气孔(7)共38个，按正六边形叠加四层排布，其中最内层、次内层、次外层和最外层空气孔个数分别为6个、8个、10个和14个，最内层是完整正六边形，其它层均为部分正六边形，次内层底部的两个空气孔直径d₂＝0.96um，其余空气孔直径d₁＝1.2um，空气孔之间距离Λ＝2.5um。