一种SPR光纤折射率传感器和制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种SPR光纤折射率传感器和制备方法及应用，包括一段异质双悬挂芯光纤，异质双悬挂芯光纤包括一个空气孔、一根小悬挂纤芯、一根大悬挂纤芯和一个包层；小悬挂纤芯和大悬挂纤芯分别紧贴在空气孔的内壁上；异质双悬挂芯光纤上设置有包层经抛磨形成的第一抛磨区域；第一抛磨区域位于小悬挂纤芯一侧，且抛磨平面与两悬挂纤芯中心连线垂直；第一抛磨区域的抛磨平面上镀有金属薄膜作为第一传感通道；第一抛磨区域所处光纤段的空气孔中填充有液体，形成第一液柱。本发明专利技术可对传感通道进行独立温度补偿，实现单通道和双通道高精度液体折射率测量。液体折射率测量。液体折射率测量。

【技术实现步骤摘要】
一种SPR光纤折射率传感器和制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光纤传感
，特别涉及一种SPR光纤折射率传感器和制备方法及应用，特别是一种温度补偿型SPR光纤折射率传感器和制备方法及应用。

技术介绍

[0002]光纤SPR折射率传感器由于灵敏度高、结构紧凑、集成度高、制备成本低廉等优势，在生化分析、食品检测、环境检测、医学检测等领域表现出巨大的应用潜力。目前，普通的光纤SPR折射率传感器已经在上述领域得以应用。但是，光纤SPR折射率传感器在应用中仍然面临两大主要问题：1、检测效率低；2、测量精度不够。为了解决检测效率低的问题，大量的多通道光纤SPR传感器被提出，通过多个通道同时进行测量，有效提高了检测效率。为了提高测量精度，温度补偿结构被集成到光纤SPR折射率传感器中，用以排除温度干扰，提高了光纤SPR折射率传感器的测量精度。光纤干涉仪是应用最广泛的SPR折射率传感器温度补偿结构，其不能波长复用的特点导致现有多通道光纤SPR传感器不能实现对每个测量通道进行独立温度补偿，使得多通道光纤SPR传感器的测量精度受限。<br/>
技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：包括一段异质双悬挂芯光纤(1)，所述异质双悬挂芯光纤(1)包括一个空气孔(2)、一根小悬挂纤芯(3)、一根大悬挂纤芯(4)和一个包层(5)；小悬挂纤芯(3)和大悬挂纤芯(4)分别紧贴在空气孔(2)的内壁上；所述异质双悬挂芯光纤(1)上设置有包层经抛磨形成的第一抛磨区域(6)；第一抛磨区域(6)位于小悬挂纤芯(3)一侧，且抛磨平面与两悬挂纤芯中心连线垂直；第一抛磨区域(6)的抛磨平面上镀有金属薄膜(8)作为第一传感通道；第一抛磨区域(6)所处光纤段的空气孔中填充有液体，形成第一液柱(10)。2.根据权利要求1所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：异质双悬挂芯光纤(1)上还设置有包层经抛磨形成的第二抛磨区域(7)，第一抛磨区域(6)和第二抛磨区域(7)不相连；第二抛磨区域(7)位于小悬挂纤芯(3)一侧，且抛磨平面与两悬挂纤芯中心连线垂直；第二抛磨区域(7)的抛磨平面上镀有金属薄膜(9)作为第二传感通道，两种金属薄膜(8,9)是不同材料；第二抛磨区域(7)所处光纤段的空气孔中填充有与第一液柱(10)液体折射率不同的液体，形成第二液柱(11)。3.根据权利要求1或2所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：所述传感器出射光谱中具有由SPR效应和共振耦合效应产生的不重叠的共振峰。4.根据权利要求1或2所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：小悬挂纤芯(3)的直径范围为8.5至10.0μm，小悬挂纤芯(3)与包层(5)折射率差的范围为0.0045至0.0055，大悬挂纤芯(4)的直径范围为11.5至13.0μm，大悬挂纤芯(4)与包层(5)折射率差为0.006至0.008，小悬挂纤芯(3)和大悬挂纤芯(4)之间的边缘间距范围为5至8μm。5.根据权利要求1或2所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：在液柱处，小悬挂纤芯(3)中的基模和大悬挂纤芯(4)中的LP
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模在某一波长下满足相位匹配条件，发生共振耦合，形成定向耦合器，共振耦合产生的共振峰位于不同波段。6.根据权利要求5所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：当只具备第一传感通道时，所述空气孔(2)中填充液体折射率为1.444；或者当具备第一传感通道和第二次传感通道时，所述空气孔(2)中填充液体折射率分别为1.444和1.450。7.根据权利要求1或2所述的一种SPR光纤折射率传感器，其特征在于：当抛磨区域外部折射率改变时，传感器出射光谱中SPR共振峰和共振耦合峰均发生漂移；当抛磨区域所处温度发生改变时，传感器出射光谱中SPR共振峰和共振耦合峰均发生漂移。8.一种权利要求1或2或3所述SPR光纤折射率传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：当所述传感器只具备第一传感通道时：步骤1：利用光纤侧抛机在异质双悬挂芯光纤(1)上制备第一抛磨区域(6)，在显微镜下调整小悬挂纤芯(3)和大悬挂纤芯(4)的方位，确保抛磨平面在悬挂纤芯(3)一侧，且抛磨平面与小悬挂纤芯(3)和大悬挂纤芯(4)中心连线垂直；步骤2：利用CMOS相机测定抛磨平面与小悬挂纤芯(3)边缘间距，确保抛磨平面与小悬挂纤芯(3)边缘间距满足设定的距离要求；步骤3：利用磁控溅射镀膜仪在第一抛磨区域(6)的抛磨平面镀制金属膜；
步骤4：在镀膜后的异质双悬挂芯光纤(1)两端分别熔接一段单模光纤，单模光纤纤芯与异质双悬挂芯光纤的小悬挂纤芯(3)正对；步骤5：利用飞秒激光在异质双悬挂芯光纤(1)的侧壁上制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨菁，邹凤，叶鹏，柳昱，朱正，关春颖，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：