[发明专利]灵敏度可调的光纤SPR曲率传感器及其制作使用方法

权利要求书

1.灵敏度可调的光纤SPR曲率传感器，其特征在于，包括顺次设置的注光区，调制区，传感区，收光区，其中调制区，传感区，收光区位于同一根渐变折射率光纤上，注光区与调制区正对熔接；

所述注光区为纵横排芯光纤，共有7根呈L形排布石英纤芯，其中光纤轴心排布1根纤芯，纵轴向上方向排布3根纤芯，横轴向右方向排布3根纤芯；

所述调制区为渐变折射率光纤，纤芯直径为105μm，石英包层直径为125μm，数值孔径为0.3，塑料涂覆层直径为250μm，长度为1000μm，为光在渐变折射率光纤中传输2/3个自聚焦效应周期的长度；

所述传感区为加工有第一凹槽的渐变折射率多模光纤，第一凹槽为平底凹槽，凹槽的基底为渐变折射率光纤的石英纤芯，第一凹槽的长度为1000μm，深度为56μm，第一凹槽的张口方向为竖直朝上，第一凹槽表面镀有厚度为50nm的第一传感金属膜，第一传感金属膜表面用光纤涂覆机涂覆折射率为1.33的第一紫外固化胶，并使涂覆后的光纤直径达到与涂覆层直径一致的250μm；

所述收光区为渐变折射率光纤，其长度大于0.5m。

2.根据权利要求1所述的灵敏度可调的光纤SPR曲率传感器，其特征在于：所述传感区的凹槽深度的范围为10-62.5μm，曲率灵敏度随凹槽深度增大而减小，曲率线性度随凹槽深度增大而增大；对注光区不同纤芯注光，以调节传感器灵敏度和线性度，注光纤芯与光纤中心轴线的距离越大，传感区的SPR入射角越小，对应的曲率传感灵敏度越大，而线性度越低。

3.一种灵敏度可调的光纤SPR曲率传感器的制作方法，其特征在于：

S1取一段渐变折射率多模光纤，剥除光纤中间的部分涂覆层，擦拭后将光纤夹持于三维微动台夹具上，使光纤保持水平，调节微动台使裸纤置于CO₂激光束正下方，用CO₂激光器在光纤上刻蚀形成长度为1mm，深度为56μm的平底凹槽；

S2将刻蚀有凹槽的渐变折射率光纤放入光纤定长切割系统中，旋转螺旋微分头使切割刀在平面凹槽结构前1000μm处进行切割；

S3将定长切割完成后带有凹槽结构的渐变折射率光纤，放入保偏熔接机的光纤夹具中，并在显微镜下调整凹槽的朝向，使凹槽开口朝向竖直向上并固定，再放入保偏熔接机的右端；

S4将已切平的纵横排芯光纤放入保偏熔接机的光纤端面显微定位装置观测纵横排芯光纤端面，旋转光纤夹具使纵横排芯光纤两个轴面上的纤芯分别竖直向上和水平向左，并锁定光纤夹具，再将固定好的纵横排芯光纤及光纤夹具放入保偏熔接机的左端，最后与渐变折射率光纤调制区的左端正对熔接；

S5通过等离子溅射仪对凹槽区镀制50nm金膜，用光纤涂覆机光纤涂覆机涂覆折射率为1.33的第一紫外固化胶，并使涂覆后的光纤直径达到与涂覆层直径一致。

4.一种灵敏度可调的光纤SPR曲率传感器的使用方法，其特征在于：

S1用保偏熔接机的光纤端面显微定位装置观测纵横排芯光纤左侧端面，旋转光纤夹具使纵横排芯光纤两个轴面上的纤芯分别竖直向上和水平向右，并将光纤夹具锁定，再将固定好纵横排芯光纤的光纤夹具一同放入三维微动台的右端；

S2将端面平整、直径为4μm的单模光纤放入三维微动台的左端，调制三维微动台使单模光纤的纤芯正对纵横排芯光纤的中间芯；

S3将所述的凹槽传感区夹持于筒式显微镜正下方，转动夹具使平面凹槽槽口垂直向上，用固定于升降台上的光纤夹持棒夹持住光纤弯曲传感区；

S4单模光纤的左端与宽谱光源相连，渐变折射率光纤收光区的右端与光谱仪相连，然后控制升降台，实现凹槽传感区外凸弯曲和内凹弯曲，对应传感光谱上的SPR共振谷向短波长移动和向长波长移动，根据波长移动量与曲率的关系解调出曲率值；

S5光纤SPR曲率传感器灵敏度及线性度调节的方法：控制三维微动台左侧的单模光纤向竖直方向移动或水平向右移动，每次移动量为10μm，对纵横排芯光纤的不同纤芯注光，对不同的纤芯通光后，与凹槽平面产生的SPR入射角不同，则弯曲凹槽传感区具有不同的曲率灵敏度，越靠近外侧的纤芯通光，与凹槽平面产生的SPR入射角越小，曲率灵敏度随偏芯的距离增大而增大，同时传感器的线性度随偏芯的距离增大变小，通过选用更大偏心距离的偏心光纤制作传感探针，以提升曲率灵敏度，通过选用更小偏心距离的偏心光纤制作传感探针，以提高曲率灵敏度的线性度。