一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法，该传感器包括：具有裸露出纤芯的微结构光纤以及辐照在所述微结构光纤裸露区的紫外光源(4)，所述微结构光纤裸露区表面依次沉积有金属颗粒层(1)、紫外吸收层(2)和敏感层(3)；所述金属颗粒层(1)用于吸收放大倏逝波，所述倏逝波为光纤中传播的电磁波在所述微结构光纤处产生的倏逝波；所述敏感层(3)用于检测待测信号。本发明专利技术提出的传感器具有敏感度高的特点。

A Ultraviolet Radiation Enhanced Optical Fiber Sensor and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法
本专利技术涉及光纤传感
，特别是涉及一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法。
技术介绍
随着光纤加工技术的日渐成熟，光纤在传感领域的应用越来越广泛，表面局部抛磨光纤的微结构光纤或者采用拉锥形成的光纤结构，为新型光纤传感器件的研究和制作提供了新的手段和方法。因其具有独特的光学特性、低成本及可制成全光纤器件等特点，越来越受到研究者们的关注，而将功能敏感材料与光纤在物理层面进行有机融合，充分发挥光纤传感器在结构集成、材料集成等方面的优势，将有望发展新型的光纤传感器件和系统。传统的表面功能型光纤传感技术，通常是直接将功能敏感材料制作在光纤表面上，实现光纤对探测目标的响应，这种简单的结构往往容易受到环境因素的干扰影响，而且存在响应信号较弱、灵敏度难以提高等问题。半导体材料常被用作敏感性功能材料，但是半导体气体传感器通常是通过加热方式来克服高的反应活化能，以实现高灵敏度和快速响应恢复特性。加热使传感器在较高的温度下工作，导致器件使用寿命降低，也容易引爆待测的可燃性气体，造成安全隐患，同时在传感器中配置加热器，既增加了器件功耗，也不利于传感器的集成化和小型化。
技术实现思路
针对上述技术的不足，本专利技术的目的是提供一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法，该传感器具有敏感度高的特点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种紫外辐照增强型光纤传感器，包括：具有裸露出纤芯的微结构光纤以及辐照在所述微结构光纤裸露区的紫外光源，所述微结构光纤裸露区表面依次沉积有金属颗粒层、紫外吸收层和敏感层；所述金属颗粒层用于吸收放大倏逝波，所述倏逝波为光纤中传播的电磁波在所述微结构光纤处产生的倏逝波；所述敏感层用于检测待测信号。可选的，所述微结构光纤为包覆层局部剥除裸露出纤芯的光纤。可选的，所述敏感层材料为气敏材料、压敏材料、生物传感材料或紫外探测材料。可选的，所述金属颗粒层材料为Au、Pt、Ag、Cu中至少一种。可选的，所述紫外吸收层材料为氮化物、氧化物或二维材料。可选的，所述沉积采用化学气相沉积、物理气相沉积或溶液法沉积。一种紫外辐照增强型光纤传感器制备方法，所述制备方法包括；在微结构光纤裸露区表面沉积金属颗粒层，所述金属颗粒层厚度为10～100nm；在所述金属颗粒层沉积一层光敏材料，所述紫外吸收层厚度为10～300nm；在所述光敏材料上沉积一层敏感材料，所述敏感层厚度为10～150nm，所述敏感材料用于检测待测信号。可选的，在所述在微结构光纤裸露区表面沉积金属颗粒层，所述金属颗粒层厚度为10～100nm之前，还包括使用物理或化学法将光纤的局部包覆层剥除裸露出纤芯，获得具有裸露出纤芯的微结构光纤。可选的，沉积所述金属颗粒层、沉积所述光敏材料和沉积所述敏感材料后均进行退火。可选的，所述退火温度为150℃～500℃，所述退火时间为1～120min。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提出的光纤传感器采用紫外光源对微结构光纤裸露区辐照，紫外吸收层中载流子浓度在紫外光辐照下有显著的变化，与此同时，微结构光纤中传播的电磁波在金属颗粒与纤芯界面处形成表面等离子激元共振(SPR)，提高光纤表面的倏逝波，从而提高光纤传感器对待测信号响应的敏感度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种紫外辐照增强型光纤传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例一种紫外辐照增强型光纤传感器制备方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种紫外辐照增强型光纤传感器及其制备方法，该传感器具有敏感度高的特点。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例一种紫外辐照增强型光纤传感器的结构示意图，如图1所示，一种紫外辐照增强型光纤传感器，包括：具有裸露出纤芯的微结构光纤以及辐照在所述微结构光纤裸露区的紫外光源4，所述微结构光纤裸露区表面依次沉积有金属颗粒层1、紫外吸收层2和敏感层3，所述金属颗粒层1用于吸收放大倏逝波，所述倏逝波为光纤中传播的电磁波在所述微结构光纤处产生的倏逝波，所述敏感层3用于检测待测信号。具体的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。优选的，所述微结构光纤为包覆层6局部剥除裸露出纤芯5的光纤。具体的，所述微结构光纤的结构为D形的凹槽、U形的凹槽或锥形尖端。优选的，所述敏感层3材料为气敏材料、压敏材料、生物传感材料或紫外探测材料，但不局限于这些材料，应用于生物传感、压力传感、紫外探测、污染物检测、微距测量等多种应用场合。若敏感层3材料为气敏材料，能对气体进行检测；若敏感层3材料为压敏材料，能对压力进行检测；若敏感层3材料为生物传感材料，能对生物进行检测；若敏感层3材料为紫外探测材料，能对紫外光进行检测。具体的，气敏材料是金属氧化物(如氧化锡、氧化锌、氧化钨、氧化铁、氧化钛等其中的一种金属氧化物或其中多种金属合金的氧化物)、石墨烯及其衍生物、二维材料(如锑烯、黑磷、二硫化钼等)。压敏材料是硅、锗、金属氧化物等。生物传感材料采用酶、微生物、抗原或细胞等与生物有关连物质修饰后的材料。紫外探测材料是碳化硅、氮化物、氧化物等。污染物检测材料：生活中的有毒、有害气体均可作为目标检测物。微距测量材料：含铁、钴、镍等磁性材料。优选的，所述金属颗粒层1材料为Au、Pt、Ag、Cu中至少一种，具体的所述金属颗粒层1材料为Au、Pt、Ag、Cu其中一种金属单质或其中多种的合金。优选的，所述紫外吸收层2材料为氮化物、氧化物或二维材料。具体的，氮化物采用氮化镓、氮化硼或氮化铝，还能采用多元金属氮化物氧化物采用氧化锌或氧化硅，还能采用多元金属氧化物，二维材料采用石墨烯、锑烯、黑磷或二硫化钼，能采用上述材料但不局限于此。优选的，所述沉积采用化学气相沉积、物理气相沉积或溶液法沉积。本专利技术还提供了一种紫外辐照增强型光纤传感器制备方法，如图2所示，所述制备方法包括；步骤S1：使用物理或化学法将光纤的局部包覆层剥除裸露出纤芯，获得具有裸露出纤芯的微结构光纤。具体的，所述物理或化学法为机械抛磨、离子刻蚀、化学腐蚀中的一种或其中多种方法的结合。步骤S2：在微结构光纤裸露区表面沉积金属颗粒层，所述金属颗粒层厚度为10～100nm。步骤S3：在所述金属颗粒层沉积一层光敏材料，所述紫外吸收层厚度为10～300nm。采用光敏材料是在于利用其在紫外光源的照射下载流子浓度的变化，以提高光纤传感器的灵敏度。步骤S4：在所述光敏材料上沉积一层敏感材料，所述敏感层厚度为10～150nm，所述敏感材料用于检测待测信号。优选的，沉积所述金属颗粒层、沉积所述光敏材料和沉积所述敏感材料后均进行退本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，包括：具有裸露出纤芯的微结构光纤以及辐照在所述微结构光纤裸露区的紫外光源(4)，所述微结构光纤裸露区表面依次沉积有金属颗粒层(1)、紫外吸收层(2)和敏感层(3)；所述金属颗粒层(1)用于吸收放大倏逝波，所述倏逝波为光纤中传播的电磁波在所述微结构光纤处产生的倏逝波；所述敏感层(3)用于检测待测信号。

【技术特征摘要】
1.一种紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，包括：具有裸露出纤芯的微结构光纤以及辐照在所述微结构光纤裸露区的紫外光源(4)，所述微结构光纤裸露区表面依次沉积有金属颗粒层(1)、紫外吸收层(2)和敏感层(3)；所述金属颗粒层(1)用于吸收放大倏逝波，所述倏逝波为光纤中传播的电磁波在所述微结构光纤处产生的倏逝波；所述敏感层(3)用于检测待测信号。2.根据权利要求1所述的紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，所述微结构光纤为包覆层局部剥除裸露出纤芯的光纤。3.根据权利要求1所述的紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，所述敏感层(3)材料为气敏材料、压敏材料、生物传感材料或紫外探测材料。4.根据权利要求1所述的紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，所述金属颗粒层(1)材料为Au、Pt、Ag、Cu中至少一种。5.根据权利要求1所述的紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，所述紫外吸收层(2)材料为氮化物、氧化物或二维材料。6.根据权利要求1所述的紫外辐照增强型光纤传感器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耿，王红成，黄晓园，郑华，张绍强，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44