一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器制造技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，包括顺次设置的激光发射器和分束器，第一光束传输至密闭室，第二光束传输至真空室，密闭室连接有一第一光电探测器，第一光电探测器连接有一第一信号处理器，真空室连接有一第二光电探测器，第二光电探测器连接有一第二信号处理器，密闭室与真空室内分别设有一锥形光纤和一高Q光学微腔。通过将高Q光学微腔与锥形光纤巧妙结合，在光学能量集中在高Q光学微腔同时，利用锥形纤维与高Q光学微腔之间的耦合，使得高Q光学微腔外部也产生强的倏逝场，在待检测分子对激发能量要求较高时，也可实现对生物化学分子的超高灵敏检测。

A Sensor Based on Evanescent Field of High Q Optical Microcavity

【技术实现步骤摘要】
一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器。
技术介绍
在光电领域，Q表示品质因数，表示一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路中所储能量同每周期损耗能量之比的一种质量指标；品质因数Q＝无功功率/有功功率，串联谐振回路中电抗元件的Q值等于它的电抗与其等效串联电阻的比值；元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。介质光学微腔具有超高的Q值和极小的模式体积，这些特性使得它在微光学器件、高灵敏度传感器等领域有着重要的潜在应用价值。由于高Q光学微腔具有极高的精细度，如果在微腔表面吸附纳米粒子或生物分子对激发能量要求较低，那么微腔的回音壁共振模式将发生明显的移动，光学微腔的敏感性高。但是对于分子对激发能量要求较高的情况时，光学微腔的敏感性将明显降低，这是由于大部分的光学能量都集中在微腔内部，微腔外的倏逝场能量较弱，由于球外是非传播波，球内透出球外的平均能流为0。因此，极大地限制了需要较高激发能量方面的应用，也是微腔作为生物传感器限制其敏感性的一大瓶颈，推广使用受到限制。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的在需要较高激发能量时传感器敏感度低的技术问题，本申请实施例提供了一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，包括顺次设置的激光发射器和分束器，所述激光发射器发射出的光束通过所述分束器，所述分束器连接有一单模光纤，所述单模光纤将所述分束器接收的光束分为第一光束与第二光束，所述第一光束传输至所述密闭室，所述第二光束传输至所述真空室，所述密闭室连接有一第一光电探测器，所述第一光电探测器连接有一第一信号处理器，所述真空室连接有一第二光电探测器，所述第二光电探测器连接有一第二信号处理器，所述密闭室与所述真空室内分别设有一锥形光纤和一高Q光学微腔。进一步地，所述密闭室包括一密闭罩；所述真空室包括一真空罩；所述锥形光纤与所述高Q光学微腔设于所述密闭罩与所述真空罩内部。进一步地，所述密闭室还设有一待测物送检器和一回收器。进一步地，所述锥形光纤包括光纤本体和两个完全相同的端口；所述端口直径大于所述光纤本体直径。进一步地，所述高Q光学微腔与所述光纤本体紧密接触。进一步地，所述高Q光学微腔为一介质环。进一步地，所述高Q光学微腔外部设有一层金属纳米粒子。进一步地，金属纳米粒子为银纳米粒子。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术通过提供一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，通过将高Q光学微腔与锥形光纤巧妙结合，利用高Q光学微腔改变锥形光纤的外部环境，从而改变锥形光纤内部的光路传播模式。在光学能量集中在高Q光学微腔同时，利用锥形纤维与高Q光学微腔之间的耦合，使得高Q光学微腔外部也产生强的倏逝场，在待检测分子对激发能量要求较高时，高Q光学微腔的回音壁共振模式也随之发生明显的移动，从而提高光学微腔的敏感性，实现对生物化学分子的超高灵敏检测。2.本专利技术基于高Q光学微腔倏逝场的传感器在高Q光学微腔外部设置有一层金属纳米粒子，利用微高Q光学微腔的外部倏逝场作为金属纳米粒子LSPR(LocalizedSurfacePlasmonResonance，表面等离子体共振)的激发电场，在金属纳米粒子的表面产生电磁场聚集，从而在待检测分子对激发能量要求较高时，高Q光学微腔的回音壁共振模式也可以发生明显的移动，从而提高光学微腔的敏感性，实现对生物化学分子的超高灵敏检测。3.本专利技术基于高Q光学微腔倏逝场的传感器直接在高Q光学微腔表面制备金属纳米粒子与高Q光学微腔外的倏逝场发生作用，克服了传统方法中利用金属纳米粒子衬底来靠近高Q光学微腔时耦合距离太远，与容易损坏微腔和纳米粒子的缺点。4.本专利技术基于高Q光学微腔倏逝场的传感器通过设置有密闭室和真空室，并且在密闭室上还设有待测物送检器和回收器，实现气体分子、液体环境中的分子、气体液体组分浓度的检测，可检测范围扩大，应用面更广。附图说明图1为本专利技术传感器的工作原理图；图2为本专利技术传感器密闭室的结构示意图；图3为本专利技术传感器真空室的结构示意图。图中：1、密闭罩；2、真空罩；3、锥形光纤；31、光纤本体；32、端口；4、高Q光学微腔；5、金属纳米粒子。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：为解决现有技术中存在的在需要较高激发能量时传感器敏感度低的技术问题，本实施例提出了一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，如图1所示，包括顺次设置的激光发射器和分束器，激光发射器发射出的光束通过分束器，分束器连接有一单模光纤，单模光纤将分束器接收的光束分为第一光束与第二光束，第一光束传输至密闭室，第二光束传输至真空室，密闭室连接有一第一光电探测器，第一光电探测器连接有一第一信号处理器，真空室连接有一第二光电探测器，第二光电探测器连接有一第二信号处理器，密闭室与真空室内分别设有一锥形光纤3和一高Q光学微腔4。密闭室还设有一待测物送检器和一回收器。具体而言：第一光电探测器与第一信号处理器之间电连接，第二光电探测器与第二信号处理器之间电连接。密闭室包括一密闭罩1，真空室包括一真空罩2，如图2和图3所示，锥形光纤3与高Q光学微腔4设于密闭罩1与真空罩2内部。锥形光纤3包括光纤本体31和两个完全相同的端口32，端口32直径大于光纤本体31直径。高Q光学微腔4与光纤本体31紧密接触。高Q光学微腔4为一介质环，本实施例优选为SiO2材料。高Q光学微腔4外部设有一层金属纳米粒子5，本实施例金属纳米粒子5优选为银纳米粒子。分束器，将通过激光发射器发射出的光束分为两条光束，第一光束和第二光束，利用单模光纤将两条光束传输至下级单元，即将第一光束传输至密闭室，将第二光束传输至真空室。密闭室，密闭罩1设于密闭室的外部，从而使得待测物与锥形光纤3和高Q光学微腔4充分接触，密闭室为基于倏逝场激发LSPR来检测待检物质的检测室。密闭室上还设有待测物送检器和回收器，实现气体分子、液体环境中的分子、气体液体组分浓度的检测，可检测范围扩大，应用面更广。真空室，真空罩2设于真空室外部，为一个密封的真空环境，真空室是在检测化学气体时作为真空环境的基准对比信号的检测装置。密闭室与真空室内分别设有一锥形光纤3和一高Q光学微腔4。锥形光纤3和高Q光学微腔4共同构成本实施例传感器的敏感单元。锥形光纤3，设于密闭罩1和真空罩2中，本实施例锥形光纤3材料为SiO2，利用光纤拉锥机拉制而成，本实施例锥形光纤3本体长度优选为26mm，作为最佳锥区。高Q光学微腔4，设于密闭罩1和真空罩2中，本实施例高Q光学微腔4具体是利用氢氧焰烧制而成，材料优选为SiO2，形状为环形，直径为300μm-2cm。本实施例利用高Q光学微腔4外的倏逝场作为金属纳米粒子5的LSPR激发场，锥形光纤3源源不断地给高Q光学微腔4输送能量，从而克服金属损耗大的弊端。金属纳米粒子5，本实施例具体为银纳米粒子，具体的，在本实施例高Q光学微腔4先蒸镀一层银纳米薄膜，然后通过经过Plasmon工艺技术将银纳米薄膜处理为银纳米粒子。本实施例直接在高Q光学微腔4表面制备金属纳米粒子5与高Q光学微腔4外的倏逝场发生作用，克服了传统方法中用金属纳米粒子衬底来靠近高Q光学微腔4，耦合距离太远，耦合程度弱的缺点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，其特征在于，包括：顺次设置的激光发射器和分束器；所述激光发射器发射出的光束通过所述分束器；所述分束器连接有一单模光纤，所述单模光纤将所述分束器接收的光束分为第一光束与第二光束；所述第一光束传输至所述密闭室；所述第二光束传输至所述真空室；所述密闭室连接有一第一光电探测器，所述第一光电探测器连接有一第一信号处理器；所述真空室连接有一第二光电探测器，所述第二光电探测器连接有一第二信号处理器；所述密闭室与所述真空室内分别设有一锥形光纤和一高Q光学微腔。

【技术特征摘要】
1.一种基于高Q光学微腔倏逝场的传感器，其特征在于，包括：顺次设置的激光发射器和分束器；所述激光发射器发射出的光束通过所述分束器；所述分束器连接有一单模光纤，所述单模光纤将所述分束器接收的光束分为第一光束与第二光束；所述第一光束传输至所述密闭室；所述第二光束传输至所述真空室；所述密闭室连接有一第一光电探测器，所述第一光电探测器连接有一第一信号处理器；所述真空室连接有一第二光电探测器，所述第二光电探测器连接有一第二信号处理器；所述密闭室与所述真空室内分别设有一锥形光纤和一高Q光学微腔。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述密闭室包括一密闭罩；所述真空室包括一真空罩；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志东，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14