【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感领域，具体涉及一种基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器。
技术介绍
1、在当今信息时代，传感技术是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。随着科学技术的不断进步，以光纤为载体的传感技术日趋成熟，其中，将表面等离子体共振(surface plasmon resonance,spr)原理与微结构光纤结合的发现让光纤传感技术更上一个阶梯。表面等离子体共振是一种发生在金属和电介质表面的光学现象，这种光学现象最早于1902年由美国学者r.w.wood在实验中发现，激发此种光学现象的第一人是德国学者otto。光波在金属表面发生全反射，一方面会产生倏逝波，另一方面会使得金属内部自由电子产生集体振荡，从而在金属与电介质界面产生表面等离子体波。若入射光波产生的倏逝波与表面等离子体波两者在平行于界面的波矢分量满足相位匹配条件，则两列波会产生共振，此时倏逝波的能量与表面等离子波的能量产生完全或不完全的耦合，导致反射光波发生能量损耗、光强减弱，在反射谱中形成波谷。基于这种结合的光纤传感技术具有快速检测、灵敏度高、无需标记等众多优点，广泛应用于通信、医疗、工业等领域。
2、与普通光纤不同，微结构光纤的包层由周期性排列的空气孔构成，导光机理包括折射率引导型和光子带隙引导型。由于光纤微结构空气孔的设计具有很大的灵活性，基于表面等离子体共振的微结构光纤折射率传感器的结构具有多样化。随着微结构光纤传感器的进一步发展，仅在完好的光纤外围镀上金属薄膜并不能产生一个很好的传感效果，因此，人们制作出了改良版的光纤即
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以实现较宽范围内的折射率检测且具有较高灵敏度的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，包括包层，所述包层具有一圆弧曲面和一抛光平面，其中，
4、所述包层内由内向外依次设有第一层空气孔、第二层空气孔和第三层空气孔，其中，
5、第一层空气孔包括6个空气孔，其中3个空气孔位于光纤圆心所在水平线的上方，称为一层上方空气孔，余下3个空气孔位于光纤圆心所在水平线的下方，称为一层下方空气孔；各空气孔的圆心依次连接后为一个正六边形，该正六边形的中心点与光纤圆心重合；
6、第二层空气孔包括9个空气孔，各空气孔的圆心依次连接后为一个不完整的正六边形；
7、第三层空气孔包括11个空气孔，各空气孔的圆心依次连接后为一个不完整的正六边形；
8、所述一层下方空气孔、第二层空气孔和第三层空气孔的孔径相等并且大于一层上方空气孔的孔径；
9、所述一层上方空气孔中距离抛光平面最近的空气孔的圆心与光纤圆心、一层下方空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心、第二层空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心、以及第三层空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心位于同一条竖直直线上；
10、所述抛光平面上沿光纤轴向设置有两道半圆形凹槽，所述半圆形凹槽所在圆的直径大于第二层空气孔的孔径；在半圆形凹槽的表面依次设置有等离子体激元材料层和二氧化钛层。
11、优选地，所述第一层空气孔中各空气孔的圆心距光纤圆心的距离为3.80μm，相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm。
12、优选地，所述一层上方空气孔的半径为0.63μm，所述一层下方空气孔、第二层空气孔以及第三层空气孔的半径均为1.33μm。
13、优选地，所述第二层空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心与一层下方空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心之间的间距为3.80μm，该层空气孔中相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm；第二层空气孔和第一层空气孔中相邻的三个空气孔分布均呈正三角晶格结构。
14、优选地，第三层空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心与第二层空气孔中距离抛光平面最远的空气孔的圆心之间的间距为3.80μm，该层空气孔中相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm；第三层空气孔和第二层空气孔中相邻的三个空气孔分布均呈正三角晶格结构。
15、优选地，所述抛光平面距光纤圆心的距离为5.70μm。
16、优选地，两道半圆形凹槽沿过光纤圆心的轴向垂直截面对称设置，所述半圆形凹槽所在圆的半径为1.90μm，两道半圆形凹槽各自所在圆的圆心之间的间距为
17、优选地，所述的等离子体激元材料层采用金材料制作成而成，其厚度为50nm。
18、优选地，所述二氧化钛层的厚度为70nm。
19、优选地，光纤的基底材料为二氧化硅。
20、优选地，所述包层的外侧还有一环形待测分析物通道，其内径为13.30μm，外径为15.01μm。
21、本专利技术所述传感器待测分析物的折射率分析范围为1.32～1.41。
22、与现有技术相比，本专利技术的所述传感器可以实现较宽范围内的折射率检测，具有较高的最大波长灵敏度和平均波长灵敏度。在本专利技术所述结构中，将一层上方空气孔的尺寸设计得比一层下方空气孔的尺寸更小，使得光从光纤纤芯到材料金的泄露通道更宽，耦合效果更好，有助于灵敏度的提高。此外，在抛光平面上设计双凹槽可缩减材料金和二氧化钛到光纤纤芯的距离，增大了表面等离子体共振强度，使传感器有更佳的性能。与在空气孔的内部填充物质的传感器相比，基于表面镀膜的结构在制作工艺上更为简单，并能更方便的改变物质折射率的测量范围。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，包括包层，所述包层具有一圆弧曲面(20)和一抛光平面(21)，其特征是，
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，第一层空气孔(22)中各空气孔的圆心距光纤圆心(O)的距离为3.80μm，相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm。
3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述一层上方空气孔的半径为0.63μm，所述一层下方空气孔、第二层空气孔(23)以及第三层空气孔(24)的半径均为1.33μm。
4.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述第二层空气孔(23)中距离抛光平面(21)最远的空气孔的圆心与一层下方空气孔中距离抛光平面(21)最远的空气孔的圆心之间的间距为3.80μm，该层空气孔中相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm；第二层空气孔(23)和第一层空气孔(22)中相邻的三个空气孔分布均呈正三角晶格结构。
5.
6.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述抛光平面(21)距光纤圆心(O)的距离为5.70μm。
7.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，两道半圆形凹槽(30)沿过光纤圆心(O)的轴向垂直截面对称设置，所述半圆形凹槽(30)所在圆的半径为1.90μm，两道半圆形凹槽(30)各自所在圆的圆心之间的间距为
8.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述的等离子体激元材料层(31)采用金材料制作成而成，其厚度为50nm；所述二氧化钛层(32)的厚度为70nm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，光纤的基底材料(10)为二氧化硅。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述包层的外侧为环形待测分析物通道(40)，其内径为13.30μm，外径为15.01μm。
...【技术特征摘要】
1.基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，包括包层，所述包层具有一圆弧曲面(20)和一抛光平面(21)，其特征是，
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，第一层空气孔(22)中各空气孔的圆心距光纤圆心(o)的距离为3.80μm，相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm。
3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述一层上方空气孔的半径为0.63μm，所述一层下方空气孔、第二层空气孔(23)以及第三层空气孔(24)的半径均为1.33μm。
4.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，所述第二层空气孔(23)中距离抛光平面(21)最远的空气孔的圆心与一层下方空气孔中距离抛光平面(21)最远的空气孔的圆心之间的间距为3.80μm，该层空气孔中相邻两个空气孔圆心的间距为3.80μm；第二层空气孔(23)和第一层空气孔(22)中相邻的三个空气孔分布均呈正三角晶格结构。
5.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的双凹槽单通道微结构光纤折射率传感器，其特征是，第三层空气孔(24)中距离抛光平面(21)最远的空气孔的圆心与第二层空气孔(23)中距离抛光平面(21)最远...
【专利技术属性】
技术研发人员：王咏梅，程灿儿，张钊，黄川洋，邵伟佳，唐剑，邵来鹏，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。