一种干涉型光纤SPR传感器制造技术

本发明专利技术适用于光纤传感器技术领域，提供了一种干涉型光纤SPR传感器，包括第一单模光纤、第二单模光纤和无芯光纤；无芯光纤固定在第一单模光纤和第二单模光纤之间；无芯光纤包括无芯光纤主体和覆盖部分无芯光纤主体的表面金属镀膜，无芯光纤主体和表面金属镀膜构成表面等离子共振结构体；干涉型光纤SPR传感器测量时，外部入射光波由第一单模光纤或第二单模光纤输入；入射光波传播至第一单模光纤与无芯光纤的接触面时或传播至第二单模光纤与无芯光纤的接触面时，无芯光纤中发生多模干涉、无芯光纤的表面发生等离子共振。通过本发明专利技术基于单一传感器，实现了基于SPR传感的测量和基于干涉传感的测量，还实现了多参数的同步测量。

An interferometric optical fiber SPR sensor

【技术实现步骤摘要】
一种干涉型光纤SPR传感器
本专利技术涉及光纤传感器
，尤其涉及一种干涉型光纤SPR传感器。
技术介绍
干涉型光纤传感器已经广泛运用于能源，交通，航空等工业领域。基于不同干涉结构的划分，可以将干涉传感器结构划分为迈克尔逊，马赫曾德，塞格纳克等。此外，基于多模光纤的模式间干涉型光纤传感器也已经成型，在其结构中，通常包括一根熔接于两根单模光纤之间的多模光纤，当宽谱光信号从单模光纤端入射至多模光纤时，由于模式耦合效应激发产生高阶模式光波导，进而引发纤芯模与消逝模产生干涉，通过分析此传感器输出的干涉光谱的漂移，可以实现对不同参数的传感，如温度，应变，负载，折射率等。但是，传统干涉型光纤传感器的折射率传感灵敏度较低，一般不超过300nm/RIU，从而限制了其在高灵敏度折射率监测领域的应用。那么，在高灵敏度折射率监测领域，如生化检测，将选择SPR(SurfacePlasmonResonance,表面等离子体共振)传感器，其折射率检测灵敏度通常为几千nm/RIU，可见SPR传感器的灵敏度远胜于传统的干涉型光纤传感器。SPR传感器是一种光纤传感器，其主要通过表面等离子共振吸收谱的波长峰值漂移实现对不同液体折射率监测，然而，在同一时刻、同一光纤SPR传感器中，仅能实现单一液体折射率检测，无法完成多个参数的同步测量，仍然极大地限制了在传感
的应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种干涉型光纤SPR传感器，以解决现有技术中干涉型光纤传感器敏感度低，无法应用在高灵敏度折射率监测领域，而应用于高灵敏度折射率监测领域的光纤SPR传感器仅能实现单一参数检测，使得检测效率低，且限制其应用领域的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种干涉型光纤SPR传感器，包括第一单模光纤、第二单模光纤和无芯光纤；所述无芯光纤固定在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间；所述无芯光纤包括无芯光纤主体和覆盖部分所述无芯光纤主体的表面金属镀膜，所述无芯光纤主体和所述表面金属镀膜构成表面等离子共振结构体；所述干涉型光纤SPR传感器测量时，外部入射光波由所述第一单模光纤或所述第二单模光纤输入；所述入射光波传播至所述第一单模光纤与所述无芯光纤的接触面时或传播至所述第二单模光纤与所述无芯光纤的接触面时，所述无芯光纤中发生多模干涉、所述无芯光纤覆盖有金属膜的表面发生等离子共振。可选地，干涉型光纤SPR传感器还包括光谱仪；外部入射光波由所述第一单模光纤输入时，所述第二单模光纤未与所述无芯光纤接触的一端与光谱仪连接；外部入射光波由所述第二单模光纤输入时，所述第一单模光纤未与所述无芯光纤接触的一端与光谱仪连接；所述光谱仪，用于根据可见光区域的光谱，分析所述表面等离子共振结构体的吸收谱中，波长峰值的漂移值；所述光谱仪，还用于根据近红外区域的光谱，分析所述无芯光纤中发生多模干涉时，所输出的干涉光谱的波长峰值的漂移值。可选地，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤均包括光纤包层和置于所述光纤包层中间的光纤纤芯；所述无芯光纤中心与所述第一单模光纤和所述第二单模光纤的光纤纤芯中心对齐。可选地，所述表面金属镀膜包括预设厚度的金金属膜。可选地，所述金金属膜通过磁控溅射镀膜机镀在无芯光纤主体上。可选地，所述无芯光纤主体包括二氧化硅材料。本专利技术实施例提出一种干涉型光纤SPR传感器，包括第一单模光纤、第二单模光纤和无芯光纤，将无芯光纤固定在第一单模光纤和第二单模光纤中间，由宽谱光源从其中一个单模光纤的一端输入时入射光波，当入射光波导传播到达单模光纤与无芯光纤接触面时，通过光波导模式耦合效应激发产生不同类型高阶模式光波导，进而使无芯光纤中产生多模干涉，实现传统干涉型光纤传感器的功能；而无芯光纤的表面金属镀膜与无芯光纤主体构成表面等离子共振结构体，因此，入射光波导传播到达单模光纤与无芯光纤接触面时，表面等离子共振吸收谱的波长峰值产生漂移，从而实现SPR传感器的设计。因此，本专利技术实施例基于单一传感器，实现基于了SPR传感的测量和基于干涉传感的测量，还实现了多参数的同步测量，与干涉型光纤传感器结构相比，具有更高的干涉灵敏度，而与传统的单一光纤SPR传感器相比，又可同时实现干涉测量。此外，由于SPR传感以及干涉传感采用了不同透射光谱波段及不同的传感原理，测量过程相互不受影响，极大优化了传感器性能，使其在生物，化学，物理检测传感领域均有潜在应用潜力。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的干涉型光纤SPR传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例二提供的实验装置的组成结构示意图；图3为本专利技术实施例二提供的光源光谱与干涉型光纤SPR传感器输出光谱的对比图；图4为本专利技术实施例二提供的使用不同大小折射率的溶液进行实验得到的干涉型光纤SPR传感器输出光谱图；图5为本专利技术实施例二提供的数学平滑处理后的干涉型光纤SPR传感器输出光谱图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。在本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本专利技术的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。在后续的描述中，专利技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供一种干涉型光纤SPR传感器100(图中未标出)，包括第一单模光纤10、第二单模光纤20和无芯光纤30(图中未标出)。在本专利技术实施例中，干涉型光纤SPR传感器100各部位连接关系如下：无芯光纤30固定在第一单模光纤10和第二单模光纤20之间，则无芯光纤30两端的截面与第一单模光纤10和第二单模光纤20的一个截面紧密贴合。其中，无芯光纤30包括无芯光纤主体31和覆盖部分无芯光纤主体31的表面金属镀膜32，无芯光纤主体31和表面金属镀膜32构成表面等离子共振结构体。在具体应用中，第一单模光纤和第二单模光纤均包括光纤包层和置于光纤包层中间的光纤纤芯。其中，无芯光纤中心与第一单模光纤和第二单模光纤的光纤纤芯中心对齐，使得测量时，外部入射光波在干涉型光纤SPR传感器中的直线传播，避免其他折射。在本专利技术实施例中，第一单模光纤10未与无芯光纤30接触的一端可以为干涉型光纤SPR传感器100的输入端，第二单模光纤20与无芯光纤30接触的一端也可以为干涉型光纤SPR传感器的输入端。那么，干涉型光纤SPR传感器100测量时，外部入射光波由第一单模光纤10或第二单模光纤20输入；入射光波传播至第一单模光纤10与无芯光纤30的接触面时或传播至第二单模光纤20与无芯光纤30的接触面时，无芯光纤30中发生多模干涉、无芯光纤30的表面发生等离子共振。其中，无芯光纤30中发生的多模干涉的原理为：当宽谱光信号从单模光纤端入射至无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干涉型光纤SPR传感器，其特征在于，包括第一单模光纤、第二单模光纤和无芯光纤；所述无芯光纤固定在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间；所述无芯光纤包括无芯光纤主体和覆盖部分所述无芯光纤主体的表面金属镀膜，所述无芯光纤主体和所述表面金属镀膜构成表面等离子共振结构体；所述干涉型光纤SPR传感器测量时，外部入射光波由所述第一单模光纤或所述第二单模光纤输入；所述入射光波传播至所述第一单模光纤与所述无芯光纤的接触面时或传播至所述第二单模光纤与所述无芯光纤的接触面时，所述无芯光纤中发生多模干涉、所述无芯光纤覆盖有金属膜的表面发生等离子共振。

【技术特征摘要】
1.一种干涉型光纤SPR传感器，其特征在于，包括第一单模光纤、第二单模光纤和无芯光纤；所述无芯光纤固定在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间；所述无芯光纤包括无芯光纤主体和覆盖部分所述无芯光纤主体的表面金属镀膜，所述无芯光纤主体和所述表面金属镀膜构成表面等离子共振结构体；所述干涉型光纤SPR传感器测量时，外部入射光波由所述第一单模光纤或所述第二单模光纤输入；所述入射光波传播至所述第一单模光纤与所述无芯光纤的接触面时或传播至所述第二单模光纤与所述无芯光纤的接触面时，所述无芯光纤中发生多模干涉、所述无芯光纤覆盖有金属膜的表面发生等离子共振。2.如权利要求1所述的干涉型光纤SPR传感器，其特征在于，还包括光谱仪；外部入射光波由所述第一单模光纤输入时，所述第二单模光纤未与所述无芯光纤接触的一端与光谱仪连接；外部入射光波由所述第二单模光纤输入时，所述第一单模...

【专利技术属性】
技术研发人员：易多，陈郁芝，李学金，洪学明，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44