[发明专利]一种基于SPR增强的光纤传感器

说明书

本发明提供了一种基于SPR增强的光纤传感器，涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于SPR增强的光纤传感器。本发明是为了解决在光纤传感领域中，现有光纤传感器灵敏度低、结构复杂、制作复杂、器件尺寸较大等问题。本发明包括宽带光源、涂覆周期性金膜的D型光纤、光谱仪。对光纤进行侧面抛光除去部分光纤包层得到D型光纤，在抛光表面处涂覆一层周期性金膜以激发SPR效应，使产生的SPR效应相干叠加，达到增强SPR的效果，从而实现对待测物质折射率的检测。本发明与其他SPR传感装置相比具有制备简单、成本低、高品质因子等特点，可广泛应用于生化传感、环境监测等领域。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种基于SPR增强的光纤传感器。

背景技术

表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是在20世纪90年代逐渐发展起来的，表面等离子体共振是一种光学现象。多年来，表面等离子体共振技术应用于生物传感器的研究热度很高。基于SPR技术的传感器对外界环境折射率的变化十分敏感，由于其具有高灵敏度、分辨率高、动态范围广、能进行实时检测、易于制作等优点而被广泛应用于生物、化学和医疗等领域。

光纤SPR传感器的工作原理与棱镜耦合型SPR传感器类似，它们的区别在于产生倏逝波的界面不同，光纤SPR传感器是将棱镜与金属膜界面换成光纤与金属膜界面，光在玻璃界面处发生全反射产生倏逝波，倏逝波的频率和波束与金属表面自由电子振荡产生的表面等离子体波(Surface PlasmonWave，SPW)频率和波束相等时，激发产生了SPR。

去除装置中光纤中间部分的包层，在其裸露区域涂覆周期性金膜以增强SPR，这种基于SPR的光纤传感器最早在1993年被Jorgenson提出。自此之后，各种基于SPR的光纤传感装置被提出，在报道的传感装置中，用D型抛光光纤研制的传感器因其制备简单而受到广泛关注，灵敏度高，结构性能良好，使用寿命长。

发明内容

本发明目的是提供一种基于SPR增强的光纤传感器，是为了解决现有光纤传感器灵敏度低、结构复杂、制作复杂、器件尺寸较大的问题。

本发明提出了一种基于SPR增强的光纤传感器，其特征在于：它包括了宽带光源(1)、涂覆周期性金膜的D型光纤(2)、光谱仪(3)；所述D型光纤(2)为经过侧面抛光除去部分光纤包层(2-1)的D型光纤(2)，所述周期性金膜(2-3)涂覆于D型光纤纤芯(2-2)的表面；所述宽带光源(1)的光经过D型光纤(2)时，会在纤芯(2-2)表面产生SPR，所述周期性金膜(2-3)会使产生的SPR进行相干叠加，从而达到增强SPR的效果；所述光谱仪(3)用来记录光纤末端输出光的透射谱。

当所述宽带光源(1)的光以一定角度入射至纤芯(2-2)与金属界面时，光会在此界面发生全反射，其中一部分能量会以倏逝波形式进入金属层中，当入射光的波长或者入射角为某一个适当值时，倏逝波会与表面等离子体波满足相位匹配，此时倏逝波与表面等离子体波之间发生共振。

当倏逝波与表面等离子体波发生共振时，入射光波中满足共振条件的光能量转化为等离子体波振荡能量，使反射能减少，最终在光谱仪(3)的透射谱中出现共振吸收峰。经过SPR传感区的透射光继续沿着涂覆周期性金膜(2-3)的纤芯(2-2)表面传播，会使产生的SPR相干叠加，从而达到增强SPR的效果，实现对待测物质折射率的检测。

本发明中，所述D型光纤为经过侧面抛光除去部分光纤包层(2-1)的D型光纤(2)。

本发明中，所述涂覆膜层为周期性金膜(2-3)。

本发明的有益效果是：

本发明采用了一种尺寸更小的装置。采用周期性金膜(2-3)会使SPR显著增强从而更好的实现光纤传感性能，在SPR相干叠加下具有更强的倏逝场，使光纤传感性能更高，从而具有更高的灵敏度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：