一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器及其制作方法，包括光源、第一段传输光纤、偏振控制器、D型微腔结构、第二段传输光纤和光探测器，所述D型微腔结构内设置有一半光纤被抛磨掉的D型光纤，所述D型光纤的平坦抛磨区表面沉积有一层金属薄膜，所述光源与所述第一段传输光纤的输入端连接，所述光探测器与所述第二段传输光纤的输出端连接。通过在D型光纤的平坦抛磨区表面沉积一层金属薄膜，通过端面激励的方式在金属薄膜内激发出SPW，从而将SPW和MZI相结合，实现高灵敏度和微型化的高性能光纤传感器。性能光纤传感器。性能光纤传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]光纤传感具有微型化、易弯曲、质量轻、抗电磁干扰能力强、耐化学腐蚀、灵敏度高、远程操控性强、适用于空间严格受限制、高温高压、易燃易爆等恶劣条件、并可构成分布式光纤传感网络、实现实时在线原位定点检测等特点。其在医疗诊断、食品质量鉴定、环境监测、工业过程控制、公共安全等领域的过程自动控制、在线检测、故障诊断等方面有着广泛的应用。
[0003]MZI(Mach
‑
Zehnder Interferometer，在线型马赫
‑
曾德干涉仪)光纤传感器，由于具有结构简单、操作方便及灵敏度高等特点，广泛应用于折射率、温度、压力、应变、湿度及气体浓度等物理量的传感，以及生物分子浓度的探测。常见的各种MZI光纤传感器通常是借助锥形区、长周期光栅、错位熔接、和空气微腔等结构，激发不同的包层模，之后利用包层模在光纤表面的倏逝场与周围物质相互作用，并与芯层基模产生干涉，通过监测干涉谱实现对周围环境的感测。然而，由于光纤的包层和芯层均为二氧化硅材料，因此包层模与芯层模具有非常接近的有效折射率，这种情况下，为了积累足够的相位差，MZI传感器的干涉长度长达数个厘米。
[0004]SPW(Surface Plasmon Wave，表面等离子波)是沿着金属和电介质界面传播的一种电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，具有光场增强特性及局域性特性，在开发紧凑型亚波长光电子器件方面具有显著潜力。在生化传感领域，SPR(Surface Plasmon Resonance，表面等离子共振)传感技术以其高灵敏度、免标记、非破坏性、可远程实时在线监测等优点，得到了持久而广泛的关注。SPR技术正是通过全内反射发生时的倏逝波激发SPW来检测传感界面处样品的折射率变化。对于SPW，除了这种最常见的全内反射激发方式，还可以将金属薄膜视作一波导，通过端面耦合激励的方式激发传播态的SPW，并且激发效率高。
[0005]如何结合MZI和SPW，发挥它们各自的独特优势，开发高灵敏度和微型化的高性能光纤传感器，实现免标记、非破坏性、远距离、实时的生化物质在线监测具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器及其制作方法，其在传感器的D型微腔内制作单模光纤
‑
侧边抛磨光纤
‑
单模光纤三段式结构，通过在侧边抛磨光纤(D型光纤)的平坦抛磨区表面沉积一层金属薄膜，通过端面激励的方式在金属薄膜内激发出SPW，从而将SPW和MZI相结合，实现高灵敏度和微型化的高性能光纤传感器。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，包括光源、第一段传输光纤、偏振控制器、D型微腔结构、第二段传输光纤和光探测器，所述D型微腔结构内设置有一半光纤被抛磨掉的D型光纤，所述D型光纤的平坦抛磨区表面沉积有一层金属薄膜，所述D型光纤的输入端通过所述偏振控制器与所述第一段传输光纤的输出端连接，所述D型光纤的输出端与所述第二段传输光纤的输入端连接，所述光源与所述第一段传输光纤的输入端连接，所述光探测器与所述第二段传输光纤的输出端连接。
[0009]优选地，所述光源为激光光源，所述第一段传输光纤、所述第二段传输光纤和所述D型光纤均为单模光纤。
[0010]优选地，所述激光光源通过一第一耦合器与所述第一段传输光纤连接，所述光探测器通过一第二耦合器与所述第二段传输光纤连接。
[0011]优选地，所述第一耦合器和所述第二耦合器均为单模光纤耦合器。
[0012]优选地，所述偏振控制器为光纤型偏振控制器。
[0013]本专利技术还提供一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器的制作方法，包括，
[0014]步骤S1：对单模光纤的侧边进行机械研磨，制备得到所述一半光纤被抛磨掉的D型光纤；
[0015]步骤S2：将光纤熔接机调到手动模式，将所述D型光纤的输入端和输出端分别与所述第一段传输光纤的输出端和第二段传输光纤的输入端熔接；
[0016]步骤S3：通过掩膜光刻法在所述D型光纤的平坦抛磨区表面沉积一层金属薄膜。
[0017]优选地，所述光源为激光光源，所述第一段传输光纤和所述第二段传输光纤均为单模光纤。
[0018]优选地，所述激光光源通过一第一耦合器与所述第一段传输光纤连接，所述光探测器通过一第二耦合器与所述第二段传输光纤连接。
[0019]优选地，所述第一耦合器和所述第二耦合器均为单模光纤耦合器。
[0020]优选地，所述偏振控制器为光纤型偏振控制器，所述光纤型偏振控制器与所述第一段传输光纤的输出端熔接。
[0021]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出一种以双界面表面等离子波干涉作为感测机制的结构紧凑、灵敏度高的在线型微腔光纤传感器及其制作方法。其将侧边抛磨光纤熔接于两根普通单模光纤中间，形成D型微腔结构，并在D型光纤的平坦抛磨区表面沉积一层金属薄膜，作为表面等离子波导，薄膜上下界面分别为在线型MZI传导SPW的传感臂和参考臂，两臂的SPW在前端熔接点处通过端面激励被耦合激发，在后端熔接点处形成干涉，通过参考臂和传感臂上传播的光场的相位差，进而得出D型微腔结构内金属薄膜界面上部区域环境折射率的变化，实现小剂量敏感物的检测。
附图说明
[0022]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。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器的结构示意图；
[0024]图2为图1中D型微腔结构(包括第一段传输光纤和第二段传输光纤)的具体结构示意图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1‑
光源，2
‑
第一耦合器，3
‑
第一段传输光纤，4
‑
偏振控制器，5
‑
D型微腔结构，6
‑
第二段传输光纤，7
‑
第二耦合器，8
‑
光探测器，9
‑
叠加光场，51
‑
D型光纤，52
‑
金属薄膜，53
‑
SPW。
具体实施方式
[0027]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，其特征在于，包括光源、第一段传输光纤、偏振控制器、D型微腔结构、第二段传输光纤和光探测器，所述D型微腔结构内设置有一半光纤被抛磨掉的D型光纤，所述D型光纤的平坦抛磨区表面沉积有一层金属薄膜，所述D型光纤的输入端通过所述偏振控制器与所述第一段传输光纤的输出端连接，所述D型光纤的输出端与所述第二段传输光纤的输入端连接，所述光源与所述第一段传输光纤的输入端连接，所述光探测器与所述第二段传输光纤的输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，其特征在于，所述光源为激光光源，所述第一段传输光纤、所述第二段传输光纤和所述D型光纤均为单模光纤。3.根据权利要求2所述的一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，其特征在于，所述激光光源通过一第一耦合器与所述第一段传输光纤连接，所述光探测器通过一第二耦合器与所述第二段传输光纤连接。4.根据权利要求3所述的一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，其特征在于，所述第一耦合器和所述第二耦合器均为单模光纤耦合器。5.根据权利要求1所述的一种基于SPW的在线型微腔光纤传感器，其特征在于，所述偏振控制器为光纤型偏振控制器。6.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟平，叶晓平，董俊伟，徐荣进，邓启航，
申请(专利权)人：南京品傲光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：