一种级联微球腔的双参数光纤传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种级联微球腔的双参数光纤传感器，属于光纤传感领域；本实用新型专利技术包括了激光器、D型光纤耦合混合介质腔系统、光谱检测器。所述激光器中发出的光通过D型光纤与两种涂覆膜微球构成的混合介质腔进行耦合，在微球内通过连续全内反射产生回音壁模式，当外界环境变化时，混合介质腔内光的谐振波长会随之产生变化；所述光谱检测器是用来记录经过传感系统后由光纤末端输出光的透射谱；所述混合介质腔是由石英微球涂覆膜构成，其中一个微球涂覆金膜用于折射率传感，另一个微球涂覆PDMS膜用于温度传感。本实用新型专利技术具有结构简单、成本低、实用性强等特点，在生化传感方面具有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种级联微球腔的双参数光纤传感器


[0001]本技术属于光纤传感领域，具体涉及一种级联微球腔的双参数光纤传感器。

技术介绍

[0002]光学回音壁模式微腔由于其独特的特性(例如小模式体积和超高品质因数)而在低阈值激光、光学传感等领域具有广泛的应用前景。其基本原理是由于光在环形介质腔内传播时，当介质腔折射率大于外界环境折射率时，经耦合器件进入微腔的光就会被限制在腔内，在边界发生多次全反射，如果光回到原点时满足相位匹配条件，就会形成稳定的谐振，产生回音壁模式。
[0003]表面等离子体共振效应是一种物理光学现象。它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的倏逝波，引发金属中的自由电子产生表面表面等离子体。介电微腔和金属层的结合允许共振光与表面等离子体的相互作用，从而产生新的现象，例如混合光子
‑
表面等离子体模式。在这些表面等离子体微腔中，涂覆在微腔上的金属层能够限制位于金属表面的表面等离子体激元的强电磁场，可用于增强光与物质的相互作用。在混合光子
‑
表面等离子体模式中，能量部分存储在位于电介质腔内的光场中以及位于金属涂层处的表面等离子体场中。
[0004]折射率测量在生物传感器和化学传感器等许多领域中发挥着至关重要的作用，因为它与分析物的浓度直接相关。在过去的几十年里，基于表面等离子共振效应的光纤折射率传感器由于具有灵敏度高、结构紧凑、响应速度快、抗电磁干扰等突出优点而受到越来越多的关注，并被广泛应用于生物传感和化学传感的应用领域。然而，众所周知，材料的折射率总是与环境温度密切相关。在实践中，折射率测量过程中很难保持恒温，很难保证测量过程被测物保持恒温，通过同时测量折射率和温度来进行温度补偿，所测得的折射率结果与实际折射率会有较大偏差。由于谐振波长难以调节，因此在同时测量折射率和温度方面仍有一定的困难。

技术实现思路

[0005]本技术提供了一种级联微球腔的双参数光纤传感器，是为了解决现有光纤传感技术对多参数传感存在的不足，并解决温度变化对折射率传感研究的影响。
[0006]为达上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0007]提供了一种级联微球腔的双参数光纤传感器，其特征在于：它包含激光器(1)、D型光纤耦合混合介质腔系统(2)、光谱检测器(3)。
[0008]所述D型光纤耦合混合介质腔系统(2)包括D型光纤(4)、第一混合介质腔(5)、第二混合介质腔(6)。
[0009]所述D型光纤(4)经过侧面抛光除去部分包层，从而得到的D型光纤(4)只包括凹包层(4
‑
1)、裸露光纤纤芯(4
‑
2)。
[0010]所述第一混合介质腔(5)是在第一微球(5
‑
1)外表面涂覆金膜(5
‑
2)，第二混合介
质腔(6)是在第二微球(6
‑
1)外表面涂覆PDMS膜(6
‑
2)。
[0011]激光器发出的光进入D型光纤后耦合混合介质腔系统(2)后由光谱检测器接收光谱。第一混合介质腔(5)和第二混合介质腔(6)由涂覆金膜(5
‑
2)的第一微球(5
‑
1)和涂覆PDMS膜(6
‑
2)的第二微球(6
‑
1)构成，将其连接到具有凹包层(4
‑
1)的D型光纤(4)的光纤纤芯(4
‑
2)上，当激光器输出的光经过D型光纤耦合混合介质腔系统(2)时，可以独立实现分别对折射率和温度进行传感检测的功能，从光谱检测器(3)中可以检测到光场的变化。该传感器在测量折射率时，在第一微球(5
‑
1)上涂覆金膜(5
‑
2)来制造既具有高品质因数值、强倏逝波的微腔，第一微球(5
‑
1)内不断全反射产生回音壁模式使得微腔具有高品质因数值，而微球(5
‑
1)内的回音壁模式又与金膜(5
‑
2)上产生的表面等离子体效应相结合而增强了谐振腔的倏逝场，从而提高了灵敏度；当测量温度时，在第二微球(6
‑
1)上涂覆对温度敏感的PDMS膜(6
‑
2)，在D型光纤(4)中的光进入第二微球(6
‑
1)时，PDMS膜(6
‑
2)可以检测温度的微小变化。本技术具有结构简单、成本低、实用性强等特点，在生化传感方面具有广泛的应用。
[0012]本技术提出的一种级联微球腔的双参数光纤传感器，该传感器解决了现有光纤传感技术对多参数传感存在的不足，并解决了温度变化对折射率传感研究的影响。
[0013]本技术采用的技术方案与现有的技术方案相比，具有以下优点：
[0014]1、本技术采用在第一微球(5
‑
1)外表面涂覆金膜(5
‑
2)来构成第一混合介质腔(5)，使之具有更高的品质因数值，第一微球(5
‑
1)内光场在金膜(5
‑
2)的表面等离子体效应的增强下，具有更强的倏逝场，从而光场与外界环境相互作用的时间与强度加强，最终实现更高的灵敏度。
[0015]2、本技术采用在第二微球(6
‑
1)外表面涂覆PDMS膜(6
‑
2)来构成第二混合介质腔(6)，由于PDMS膜(6
‑
2)对温度的变化很敏感，因此在进行温度传感的研究方面能够灵敏的检测温度的微小变化。
[0016]3、本技术采用在D型光纤上连接第一混合介质腔(5)和第二混合介质腔(6)的方法，独立实现了双参数传感，并且由于两种混合介质腔的谐振波长范围不同，因此不会互相形成波长串扰，在进行折射率传感的同时避免了温度扰动对折射率传感研究的影响。
[0017]4、本技术具有结构简单、成本低、实用性强等特点，在生化传感方面具有广泛的应用前景。
附图说明
[0018]图1为一种级联微球腔的双参数光纤传感器测量装置示意图。
[0019]图2为一种级联微球腔的双参数光纤传感器结构侧剖面示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合说明书附图进一步说明本技术的具体实施方式。
[0021]本技术所述一种级联微球腔的双参数光纤传感器，其特征在于：它包括了激光器(1)、D型光纤耦合混合介质腔系统(2)、光谱检测器(3)。
[0022]所述D型光纤(4)经过侧面抛光除去部分包层，从而得到的D型光纤(4)只包括凹包层(4
‑
1)、裸露光纤纤芯(4
‑
2)。
[0023]所述第一混合介质腔(5)是在第一微球(5
‑
1)外表面涂覆金膜(5
‑
2)，所述第二混合介质腔(6)是在第二微球(6
‑
1)外表面涂覆PDMS膜(6
‑
2)。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联微球腔的双参数光纤传感器，其特征在于：它包括了激光器(1)、D型光纤耦合混合介质腔系统(2)、光谱检测器(3)；所述的D型光纤耦合混合介质腔系统(2)包括D型光纤(4)、第一混合介质腔(5)、第二混合介质腔(6)。2.根据权利要求1所述的一种级联微球腔的双参数光纤传感器，其特征在于：所述的D型光纤(4)经过侧面抛光除去部分包层，从而得到的D型光纤(4)只包括凹包层(4
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓彤，张留洋，李苗苗，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：