本发明专利技术属于光纤传感技术领域，具体为一种基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器。本发明专利技术光纤传感器，是在单模光纤上通过抛磨去除包层形成一段D型光纤区域；在D型光纤区域的平面上依次镀制有金属薄膜和磁光薄膜，形成D型光纤传感区域；在光纤传感区域垂直方向上施加磁场；来自宽带光源的探测光从单模光纤一端输入，经过光纤传感区域，从单模光纤另一端输出，并由光谱仪检测；当与磁光材料薄膜相接触的外界环境折射率发生变化时，将引起传感器的MOKE光谱中共振峰波长的变化，通过对共振波长的探测实现对外界折射率的传感与光纤SPR传感器相比，本发明专利技术在保持高灵敏度的情况下极大地提高了品质因数，从而提升传感器的实际检测精度。从而提升传感器的实际检测精度。从而提升传感器的实际检测精度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器
[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种光纤传感器。
技术介绍
[0002]目前，把表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)和光纤结构结合起来的光纤表面等离子体共振传感技术发展成熟。由于光纤表面等离子体共振传感器的小型化、无损测量、灵敏度高、可实时探测等优点，被广泛应用于气体检测、生化传感、环境检测等领域。随着现代科技的发展，相关领域和技术对传感器的检测性能的要求越来越高。传统的仅基于表面等离子体共振技术的传感器的性能越来越难以满足实际需求。通过在传感器结构中引入具有磁光效应的磁性材料，利用磁光效应与表面等离子体共振相结合得到的磁光表面等离子体共振(MOSPR)技术可以进一步提升传感器的检测精度。相比于SPR光谱中的共振峰，利用MOSPR技术获得的MOKE光谱中的共振峰具有窄的多的峰宽，因此传感器的品质因数获得了极大的提升，可以实现更高的检测精度。但迄今为止，采用MOSPR技术的传感器仍仅限于平面结构，尚无基于光纤结构的传感器。如果可以在光纤结构中实现利用MOSPR技术进行传感，将进一步提升光纤传感器的性能。
[0003]本专利技术是设计了一种高性能的基于MOSPR技术的光纤传感器，通过各种镀膜技术(如离子束溅射等)在抛磨成D型的单模光纤表面上依次镀制金属薄膜(金、银等)和磁光材料(例如Ce:YIG)薄膜，在垂直薄膜的方向上加载正、反向及无磁场的情况下测量光纤传感器的传输光谱，利用MOKE光谱中共振峰波长的变化实现对光纤外部环境介质折射率的传感。与光纤SPR传感器相比，在保持了高灵敏度的情况下极大地提高了品质因数，从而提升了传感器的实际检测精度。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种检测精度高的基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器。
[0005]本专利技术提供的基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器，其结构参见图1、图2所示；在一单模光纤上，通过抛磨方式去除包层2，形成一段D型光纤区域(其横截面呈D字形)；设该D型光纤区域的平面(即研磨面)与单模光纤的纤芯1之间的距离为d，控制d为100纳米～3微米；在D型光纤区域的平面上按顺序镀制金属薄膜3和磁光材料薄膜4，形成在D型光纤传感区域。
[0006]在D型光纤传感区域垂直于薄膜平面的方向上施加外加磁场5；来自宽带光源的探测光从单模光纤的一端输入，经过D型光纤传感区域，然后从单模光纤的另一端输出，并由光谱仪检测。当D型传感器区域外部与磁光材料薄膜4相接触的外界环境折射率发生变化时，将引起传感器的MOKE光谱中共振峰波长的变化，通过对共振波长的探测可以实现对外界折射率的传感。
[0007]本专利技术中，所述D型光纤区域的长度L为1
‑
10毫米。
[0008]本专利技术中，所述金属薄膜3厚度t
m
为40～70纳米，磁光材料薄膜4厚度t
d
为50～100纳米。
[0009]本专利技术中，所述金属薄膜3材料为金、银、铝、铜，优选为银。
[0010]本专利技术中，所述磁光材料薄膜4材料为Ce:YIG、Bi:YIG、铁钴合金，优选为Ce:YIG。
[0011]本专利技术中，所述镀制方法可以利用离子束溅射或者电子束沉积的方法。
[0012]传统的光纤SPR传感器，由于SPR共振峰的峰宽较大，品质因数较低(一般只有几十RIU
‑1)，难以提升检测精度。本专利技术通过MOSPR技术设计的光纤传感器，其灵敏度与传统D型光纤SPR传感器相当的情况下，极大地提高了品质因数，从而大幅提升了光纤传感器的检测精度。
附图说明
[0013]图1为光纤传感器的结构示意图。
[0014]图2为光纤传感器D型区域的横截面示意图。
[0015]图3为施加正、反向磁场和未加磁场时光纤传感器的传输损耗。
[0016]图4为检测介质折射率为1.330和1.332时光纤传感器的MOKE谱。
具体实施方式
[0017]下面通过具体实施例结合附图进一步介绍本专利技术。
[0018]基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器的制备。
[0019]在标准单模光纤(如Coning SMF
‑
28，纤芯直径8.3微米，包层直径125微米)，通过抛磨的方式去除包层2形成一段D型光纤区域，研磨区域利用离子束溅射或者电子束沉积的方法依次镀制银薄膜3和磁光材料Ce:YIG薄膜4，d＝500nm，L＝2mm，t
m
＝50nm，t
d
＝60nm。
[0020]在D型光纤区域垂直于薄膜平面的方向上施加外加磁场5。来自宽带光源的探测光从光纤的一端输入，经过D型传感区域，然后从另一端的输出至光谱仪被检测。当D型传感器区域外部与磁光材料薄膜4相接触的外界环境折射率发生变化时，将引起传感器的MOKE光谱中共振峰波长的变化，通过对共振波长的探测可以实现对外界折射率的传感。
[0021]图3所示的是银薄膜厚度为50nm，磁光材料薄膜厚为60nm的情况下，传感器外部检测介质为水溶液(折射率为1.330)时，在D型传感区域的垂直方向上施加正、反向磁场及未加磁场时光纤传感器的传输损耗光谱，分别用Loss(+)、Loss(
‑
)和Loss(0)表示。对损耗谱进行数据处理，利用公式计算传感器的MOKE谱，获得如图4所示的MOKE谱。当外部检测介质折射率变为1.332时的MOKE谱同样显示在图4中。可以看出，随着检测介质折射率从1.330变为1.332，MOKE谱中共振峰的波长从1501.4纳米移动到了1511.4纳米，传感器的灵敏度为5000nm/RIU，品质因数约为8333RIU
‑1，远超光纤SPR传感器一般仅为几十的品质因数。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于磁光表面等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，在一单模光纤上，通过抛磨方式去除包层，形成一段D型光纤区域；设该D型光纤区域的平面即研磨面与单模光纤的纤芯1之间的距离d为100纳米~3微米；在D型光纤区域的平面上按顺序镀制有金属薄膜和磁光材料薄膜，形成在D型光纤传感区域；在D型光纤传感区域垂直于薄膜平面的方向上施加外加磁场5；来自宽带光源的探测光从单模光纤的一端输入，经过D型光纤传感区域，从单模光纤的另一端输出，并由光谱仪检测；当D型传感器区域外部与磁光材料薄膜相接触的外界环境折射率发生变化时，将引起...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓松，严吉轩，张娴，石艺尉，
申请(专利权)人：复旦大学义乌研究院，
类型：发明
国别省市：
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