一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法，包括：将载玻片放置在单模光纤锥和微泡腔的下方并在单模光纤锥和微泡腔的耦合处滴加胶水，用激光照射单模光纤锥的一端，从单模光纤锥的另一端导出，调节单模光纤锥与微泡腔的位置，当位置达到预设的光学性能条件时停止调节，在载玻片与微泡腔的接触处滴加胶水，胶水固化得到封装微腔，将待测物质注入封装微腔，将封装微腔置于加热板上并加热，采用模式展宽机制监测待测物质的相变过程。本发明专利技术在封装时使用自然固化胶水，可以调节微泡腔和单模光纤锥的位置以找到光学性能较好的模式，解决了由于回音壁光学微腔与耦合器件组成的耦合系统不稳定而带来的灵敏度下降的问题。

A method of material phase change detection based on mode broadening mechanism in encapsulation Microcavity

【技术实现步骤摘要】
一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法
本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法。
技术介绍
光学微腔因其超高灵敏度在众多传感器技术中脱颖而出。其中，具有超高品质因数和微小模式体积的回音壁模式的光学微腔可以有效增强光与被检测物质的相互作用，显著提高检测灵敏度，其中，回音壁模式为探测光沿着微泡腔内壁传播时发生连续全反射的模式。回音壁光学微腔传感器基于模式展宽机制检测物质时，需要借助耦合器件来辅助回音壁光学微腔中的光场与待测物质的耦合，其中，模式展宽机制的基本原理是利用回音壁模式的线宽的改变进行传感，耦合器件可以采用光纤锥。现有技术中，一般是将回音壁光学微腔和耦合器件放在3D纳米平移台上，通过监测示波器上的模式透射图，找到回音壁光学微腔和耦合器件的较佳相对位置以完成耦合，当回音壁微腔的一个回音壁模式的Q值超过106时回音壁光学微腔和耦合器件的相对位置为较佳相对位置，3D纳米平移台为纳米级别的调节回音壁光学微腔和耦合器件相对位置的装置。在现有技术中回音壁光学微腔和耦合器件的位置很容易发生改变，而位置改变会引起回音壁光学微腔的模式发生改变，从而带来额外的模式展宽，然而额外的模式展宽并不是由于待测物质本身的改变引起的，因此，回音壁光学微腔传感器基于模式展宽机制检测的误差就会增大，造成回音壁光学微腔传感器的检测灵敏度降低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法，用以解决现有技术中回音壁光学微腔与耦合器件完全封装后造成的回音壁光学微腔传感器的灵敏度降低的问题。具体技术方案如下：将载玻片放置在单模光纤锥和微泡腔的下方，并在所述单模光纤锥和所述微泡腔的耦合处滴加胶水，所述微泡腔具有微流通道；利用激光照射所述单模光纤锥的一端，使激光通过所述单模光纤锥的一端传导至所述微泡腔内，从所述单模光纤锥的另一端导出；调节所述单模光纤锥与所述微泡腔之间的相对位置，当所述单模光纤锥与所述微泡腔的相对位置达到预设的光学性能条件时，停止调节；在所述载玻片与所述微泡腔的接触处滴加胶水，直至胶水覆盖所述微泡腔且未覆盖所述单模光纤锥的两端时，停止滴加胶水；待所述胶水固化后，得到封装微腔；将待测物质通过所述微流通道注入所述封装微腔内；将装有所述待测物质的封装微腔置于加热板上，对所述封装微腔进行升温加热；采用模式展宽机制监测所述封装微腔内的待测物质的相变过程。可选的，所述单模光纤锥的材质为二氧化硅，直径为1～3μm，所述单模光纤锥用于将光耦合进入所述微泡腔。可选的，所述微泡腔的材质为二氧化硅，直径为60～300μm，壁厚为1～5μm，Q值不低于106。可选的，所述微泡腔的腔室为椭球形中通结构。可选的，所述载玻片的材质为二氧化硅，所述载玻片的折射率为1.45。可选的，所述预设的光学性能条件为：所述微泡腔的Q值不低于106。可选的，所述胶水的折射率为1.33。可选的，对所述封装微腔进行升温加热的过程为：以0.2℃/min的升温幅度为步进单位，对所述封装微腔进行升温加热。可选的，所述单模光纤锥的形状为锥形条状，所述单模光纤锥两端的直径大于中部的直径。本专利技术实施例有益效果：本专利技术实施例提供的一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法，用胶水将单模光纤锥、微泡腔以及载玻片封装成封装微腔，然后将待测物质注入微泡腔的微流通道，再将封装微腔置于加热板上加热，利用光学模式线宽的展宽情况来监测待测物质的相变过程。由于本专利技术在封装时使用了自然固化的胶水，在胶水固化过程中，可以连续调节微泡腔和单模光纤锥的相对位置以找到光学性能较好的模式，直至胶水完全固化以保持单模光纤锥与微泡腔耦合位置不变，最终解决由于回音壁光学微腔与耦合器件组成的耦合系统不稳定而带来的灵敏度下降的问题，且本专利技术基于模式展宽机制进行监测，可以避免环境热噪声和激光频率噪声。当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。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，下面将对实施例或现有技术描述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的封装微腔结构示意图；图2为本专利技术实施例的封装微腔未注入待测物质时的模式透射谱图；图3为本专利技术实施例的封装微腔未注入待测物质时模式透射谱图中的高品质因数模式及其洛伦兹拟合图；图4为本专利技术实施例的封装微腔未注入待测物质时的波长偏移与线宽展宽图；图5为本专利技术实施例的封装微腔注入待测物质时随温度变化的波长偏移与线宽展宽图。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。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种由单模光纤锥1、微泡腔2、胶水3及载玻片4组成的封装微腔。本专利技术实施例提供了一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法：将载玻片4放置在单模光纤锥1和微泡腔2的下方，并在单模光纤锥1和微泡腔2的耦合处滴加胶水。在本专利技术实施例中，胶水3为自然固化胶水，胶水3的折射率为1.33。将单模光纤锥1与微泡腔2放在两个纳米平移台上，纳米平移台为纳米级别的调节单模光纤锥1与微泡腔2相对位置的装置，将载玻片4放置在单模光纤锥1和微泡腔2的下方，并将单模光纤锥1放置在微泡腔2的表面，在单模光纤锥1和微泡腔2的耦合处滴加胶水。上述单模光纤锥1为耦合器件，用于将探测光高效地耦合进微泡腔2内并激发腔内的回音壁模式，微泡腔2为回音壁模式光学微腔，当光沿着微泡腔边界内壁传播时，会发生连续的全反射，光被局域在微泡腔环形表面上，进而产生回音壁模式。利用激光照射单模光纤锥1的一端，使激光通过单模光纤锥1的一端传导至微泡腔2内，从单模光纤锥1的另一端导出。在本专利技术实施例中，可以用可调谐激光器、偏振器、光电探测器、数据采集卡、示波器以及信号发生器检测待测物质的相变过程。先由信号发生器输出信号至激光器进行扫频，激光器发出波长在780nm左右的探测激光经过偏振器，从单模光纤锥1的一端入射，耦合至微泡腔内，然后从单模光纤锥1的另一端传至光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号，最后将电信号传输到数据采集卡和示波器，示波器显示的图形即为探测激光的模式透射谱图，当探测激光满足2πneffR＝mλm公式时，则会产生一个稳定的回音壁模式，公式中的neff是模式的有效折射率，R是微腔半径，m是角量子数，λm是共振波长，示波器中显示的模式透射谱图的横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n将载玻片放置在单模光纤锥和微泡腔的下方，并在所述单模光纤锥和所述微泡腔的耦合处滴加胶水，所述微泡腔具有微流通道；/n利用激光照射所述单模光纤锥的一端，使激光通过所述单模光纤锥的一端传导至所述微泡腔内，从所述单模光纤锥的另一端导出；/n调节所述单模光纤锥与所述微泡腔之间的相对位置，当所述单模光纤锥与所述微泡腔的相对位置达到预设的光学性能条件时，停止调节；/n在所述载玻片与所述微泡腔的接触处滴加胶水，直至胶水覆盖所述微泡腔且未覆盖所述单模光纤锥的两端时，停止滴加胶水；/n待所述胶水固化后，得到封装微腔；/n将待测物质通过所述微流通道注入所述封装微腔内；/n将装有所述待测物质的封装微腔置于加热板上，对所述封装微腔进行升温加热；/n采用模式展宽机制监测所述封装微腔内的待测物质的相变过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种封装微腔基于模式展宽机制的物质相变检测方法，其特征在于，所述方法包括：
将载玻片放置在单模光纤锥和微泡腔的下方，并在所述单模光纤锥和所述微泡腔的耦合处滴加胶水，所述微泡腔具有微流通道；
利用激光照射所述单模光纤锥的一端，使激光通过所述单模光纤锥的一端传导至所述微泡腔内，从所述单模光纤锥的另一端导出；
调节所述单模光纤锥与所述微泡腔之间的相对位置，当所述单模光纤锥与所述微泡腔的相对位置达到预设的光学性能条件时，停止调节；
在所述载玻片与所述微泡腔的接触处滴加胶水，直至胶水覆盖所述微泡腔且未覆盖所述单模光纤锥的两端时，停止滴加胶水；
待所述胶水固化后，得到封装微腔；
将待测物质通过所述微流通道注入所述封装微腔内；
将装有所述待测物质的封装微腔置于加热板上，对所述封装微腔进行升温加热；
采用模式展宽机制监测所述封装微腔内的待测物质的相变过程。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单模光纤锥的材质为二氧化硅，直径为1～3μm，所述单模光纤锥用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大全，段冰，王爱强，纪越峰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11