The invention discloses a method based on the simultaneous detection of the chiral parameters and refractive index of a long period fiber grating, belonging to the technical field of optical fiber sensing. This method can realize the simultaneous sensing of complex chiral parameters and refractive index of chiral drugs with coated long-period fiber grating through the improved fiber-optic guided wave theory, coupled mode theory and genetic algorithm. This method is especially suitable for the fields of fiber-optic sensing and imaging information, information and biomedical engineering, drug research and development, etc.
【技术实现步骤摘要】
基于长周期光纤光栅手征参数和折射率同时检测的方法
本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于长周期光纤光栅实现手征参数和折射率同时检测的方法。
技术介绍
伴随新的机理、特种光纤和新技术的不断问世，光纤传感广泛应用于电子、信息、生命、国防、航天等领域。长周期光纤光栅作为一种灵敏度极高的体积轻巧、响应速度快、无损探测生物的传感技术，可以实时动态地在线遥测各种分子相互作用全过程，监测物质的物理、生物和化学参数。由于其突出的优点在生命科学和药物研发领域里占有相当重要的地位，必将成为光纤传感与各学科交叉检测
的主要研究方向之一。市售和研发药物中手性药物占50％以上，手性药物含两个互为镜象而不能重合的对映异构体，其物理、化学性质极其相似，不同立体构型的药物分子往往具有不同的旋光性和药理作用，如一种对映异构体有疗效，而另一种有毒副作用，或效力不强。利用长周期光纤光栅传感技术检测手性药物的手征参数，进而测定各对映异构体的含量，在药物研发、农用化学、食品环境等诸多影响人类健康的领域具有十分广阔的应用前景。药物手征参数常见的...
【技术保护点】
1.一种实现手征参数和折射率同时检测的长周期光纤光栅传感器的设计方法，包括以下步骤：/nS1-1 设计初始的长周期光纤光栅结构，确定光纤纤芯、包层、镀膜的折射率n
【技术特征摘要】
1.一种实现手征参数和折射率同时检测的长周期光纤光栅传感器的设计方法，包括以下步骤：
S1-1设计初始的长周期光纤光栅结构，确定光纤纤芯、包层、镀膜的折射率ni和半径ri，其中i＝1，2，3，分别表示光纤纤芯、包层、镀膜，光栅周期Λ、光栅长度L、光纤光栅折射率的缓变包络线σz；针对待测手性药物，初步估计其折射率n4和手征参数γ；
S1-2利用改进的光纤导波理论计算得到包层模式复数有效折射率；
S1-3利用包层模式复数有效折射率、光栅周期、光栅长度、光纤光栅折射率的缓变包络线，求解透射系数；
S1-4通过光纤光栅透射系数谐振峰对应的波长随手性药物手征参数和折射率的变化，分别计算手征参数灵敏度和折射率灵敏度；
S1-5当折射率灵敏度和手征参数灵敏度小于要求的值时，改变初始光纤光栅的结构，然后重复步骤S1-2至S1-4，直到折射率灵敏度大于等于要求的值时，停止计算，得到满足要求的长周期光纤光栅参数；
S1-6根据光纤光栅参数制备长周期光纤光栅传感器；
步骤S1-2中，改进的光纤导波理论计算包层复数模式的有效折射率，包括以下步骤：
S1-1-1手性药物中Debye势函数表示为：
Ψ4＝[A4Kv(w4Rr)+B4Kv(w4Lr)]fv(jvφ)
Φ4＝[A4Kv(w4Rr)-B4Kv(w4Lr)]fv(jvφ)(1)
其中手性药物中左右旋两种圆极化波的波数为：
Φ4和Ψ4为手性药物的Debye势函数，r为到光纤中心的距离，Kν为第二类变形的贝塞尔函数，v是模式的角向阶数，j为虚数单位，A4和B4代表手性药物环境层电磁场的待定系数，neff为光纤包层模式的有效折射率，k0为电磁波在自由空间的传播常数；
S1-1-2计算手性药物环境下长周期光纤光栅结构每层场分布：
利用电场E、磁场H和Debye势Φ、Ψ之间的关系，得到手性药物液体环境下长周期光纤光栅多层结构每一层的电磁场，其中包层模式在光纤纤芯、包层、薄膜、手性药物环境中的电磁场z分量和分量，表示如下：
其中
式中r1、r2和r3分别代表光纤纤芯、包层和薄膜的半径，Jv和Yv分别代表第一类和第二类贝塞尔函数，εi和ni为光纤结构第i层的介电系数和折射率，A1，C1，A2，B2，C2，D2，A3，B3，C3和D3分别为光纤纤芯、包层、薄膜层电磁场的待定系数，ui为计算过程的中间变量；
S1-1-3求解手性药物环境下包层模式本征方程：
利用电磁场边界条件，即电磁场切向分量ez，hz，和在半径r＝r1，r＝r2和r＝r3界面是连续的，可以得到12个方程，令其行列式为零，可以得到包层模式的本征方程，即：
上式中各参量均为中间过程参量，无实际物理意义；
S1-1-4求解公式(9)，得到手性药物环境下长周期光纤光栅包层模式的复数有效折射率。
2.如权利要求1所述的一种实现手征参数和折射率同时检测的长周期光纤光栅传感器的设计方法，其特征在于：步骤S1-1-4中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王茂琰，李海龙，范博，徐彤，徐军，李桂萍，喻梦霞，董宇亮，张小川，姜宝钧，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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