基于制造技术

本发明专利技术属于特种光纤及其光子器件技术领域，涉及一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于SPR效应的双芯双参量检测光纤传感器及其制造方法


[0001]本专利技术属于特种光纤及其光子器件
，涉及一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器及其制造方法
。

技术介绍

[0002]表面等离子体共振
(SPP)
属于一种特殊的光学现象，光线经过全反射后产生的倐逝波在金属与介质之间的界面进入金属层，并且与金属层中的自由电子发生相互作用，从而激发表面等离子体波
(SPW)
，并在金属层表面传播一段距离
。
当倐逝波与表面等离子体波发生共振时，绝大部分的能量将从光子转移至表面等离子体波
(SPW)
中
。
在纤芯中被监控的传输模式能量将会因表面等离子体波的吸收而导致光能量的急剧下降，并同时在透射谱中产生损耗峰
(
或谷
)。
此时的入射波长被称为
SPR
的共振波长
。
共振波长会随着传感环境的改变而变化
。
通过将共振峰的位置与环境参数进行对应标定，就可以实现光纤对待测环境的传感认知
。
由于
SPR
光纤传感器对折射率的变化变现十分敏感，因此其被广泛应用于物理
、
生物和化学传感等方面
。
[0003]传统
SPR
传感器采用的是
Kretschmann—Raether
结构，但该结构具有较大的尺寸同时拥有极为复杂的结构，因此基于该结构设计的传感器不适合用于远距离检测
。
随着光子晶体
(PCF)
光纤的发展，越来越多的人将表面等离子体共振
(SPR)
技术与光子晶体
(PCF)
光纤结合起来，所设计的结构能够非常有效的控制模场面积和分布，同时可以通过改变结构更加有效的激发
SPR
效应
。
[0004]目前，已经报道了众多的基于
SPR
效应的光子晶体光纤传感器
(PCF)
，如
2016
年，
Luan
等人提出了一种基于暴露芯光子晶体光纤
SPR
效应的传感器，金薄膜沉积在相应的传感通道，在纤芯附近的空气孔传感通道中填充
PDMS
构成温度传感通道，最终实现了最大灵敏度为
6.18nm/℃
和
12500nm/℃
；
2017
年，
Yang
等人提出了一种基于
D
型
PCF
光纤的
SPR
传感器，该传感器利用
X
和
Y
两个偏振态实现了双通道的传感，其将材料填充在光子晶体光纤的空气孔中，该传感器的最大灵敏度为
2nm/℃
和
2400nm/RIU
；
2018
年，
Lu
等人提出了一种基于金光栅的高分辨率的
D
型光子晶体光纤传感器，引入金光栅调制谐振波长，提高波长灵敏度，该
SPR
传感器在
1.36
‑
1.38
范围内最大灵敏度达到
3340nm/RIU。
然而，选择将材料填充在光子晶体光纤的空气孔中或构建金光栅，制作难度较高，并且存在测量范围较小以及测量精度较低的问题
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，降低了金属膜和聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
的涂覆难度，并通过涂覆金膜来激发
SPR
效应实现对折射率的高灵敏检测，通过涂覆
PDMS
温敏材料来提高对温度的感知能力
。
[0006]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特殊之处在于：
[0007]包括光子晶体光纤本体，所述光子晶体光纤本体包括基底材料；
[0008]所述基底材料为一圆柱形结构，其外侧设有两个平行的切面，两个切面上沿轴向分别设有一个微槽，两个微槽关于基底材料的轴心轴对称；
[0009]其中一个微槽内表面涂覆金膜，另一个微槽内表面涂覆金膜后填充温敏材料；
[0010]基底材料内轴向设有左半部分包层空气孔和右半部分包层空气孔，
[0011]左半部分包层空气孔包括多个正三角形排列的空气孔单元构成，每个空气孔单元包含三个包层空气孔，多个空气孔单元组成六边形，六边形的一个角上的空气孔位于基底材料的轴心；右半部分包层空气孔与左半部分包层空气孔关于两个微槽的中心连线轴对称
。
[0012]进一步地，上述包层空气孔的半径
1.6
μ
m
；相邻的包层空气孔圆心之间的间距为5μ
m。
[0013]进一步地，上述微槽内表面涂覆金膜厚度为
50nm。
[0014]进一步地，上述微槽为半圆形微槽，半径为5μ
m。
[0015]进一步地，上述基底材料为二氧化硅
。
[0016]进一步地，上述微槽内填充的温敏材料为聚二甲基硅氧烷
。
[0017]另外，本专利技术还提出一种上述基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器的制造方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0018]Step1、
采用超声波钻孔法或束堆叠法获得光子晶体光纤预制棒，
[0019]Step2、
将预制棒放入拉丝塔制备得到全尺寸光子晶体光纤，全尺寸光子晶体光纤内包括两个大空气孔
、
左半部分包层空气孔和右半部分包层空气孔，两个大空气孔分别关于全尺寸光子晶体光纤的轴心对称，左半部分包层空气孔和右半部分包层空气孔关于两个大空气孔的中心连线轴对称；左半部分包层空气孔包括多个正三角形排列的空气孔单元构成，多个空气孔单元组成六边形，六边形的一个角上的空气孔位于全尺寸光子晶体光纤的轴心；
[0020]Step3、
对全尺寸光子晶体光纤进行双
D
型抛磨，抛磨后形成的平面与两个大空气孔的中心连线垂直，抛磨破坏两个大空气孔的初始的圆形结构，最终形成半圆形结构的微槽；
[0021]Step4、
在
Step3
中构建的微槽表面涂覆金膜，金膜厚度为
50nm。
[0022]Step5、
在
Step4
的基础上，在其中一个微槽中填充聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
，形成温度传感通道
。
[0023]进一步地，上述
Step2
中的全尺寸光子晶体光纤中的空气孔半径为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：包括光子晶体光纤本体，所述光子晶体光纤本体包括基底材料
(1)
；所述基底材料
(1)
为一圆柱形结构，其外侧设有两个平行的切面，两个切面上沿轴向分别设有一个微槽，两个微槽关于基底材料
(1)
的轴心轴对称；其中一个微槽内表面涂覆金膜
(4)
，另一个微槽内表面涂覆金膜
(4)
后填充温敏材料
(5)
；基底材料
(1)
内轴向设有左半部分包层空气孔和右半部分包层空气孔，左半部分包层空气孔包括多个正三角形排列的空气孔单元构成，每个空气孔单元包含三个包层空气孔
(2)
，多个空气孔单元组成六边形，六边形的一个角上的包层空气孔
(2)
位于基底材料
(1)
的轴心；右半部分包层空气孔与左半部分包层空气孔关于两个微槽的中心连线轴对称
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：所述包层空气孔
(2)
的半径
1.6
μ
m
；相邻的包层空气孔
(2)
圆心之间的间距为5μ
m。3.
根据权利要求2所述的一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：所述微槽内表面涂覆的金膜
(4)
厚度为
50nm。4.
根据权利要求3所述的一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：所述微槽为半圆形微槽，半径为5μ
m。5.
根据权利要求4所述的一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：所述基底材料
(1)
为二氧化硅
。6.
根据权利要求5所述的一种基于
SPR
效应的双芯双参量检测光纤传感器，其特征在于：所述微槽内填充的温敏材料
(5)
为聚二甲基硅氧烷
。7.
一种基于
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建设，胡淋川，王瑞多，张振龙，李曙光，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：