本发明专利技术涉及一种高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器。该生化传感器由微纳光纤制作的结型微环谐振腔和由飞秒激光作用在微环谐振腔两边形成的F-P微腔组成的复合型微腔构成。其制造方法是将普通单模光纤进行熔融制成微纳光纤，并在微纳光纤内用飞秒激光制作两个反射镜，在两个反射镜之间打结，最终制成微纳光纤F-P腔和结型微纳光纤环形腔构成的微纳光纤复合型微腔。本发明专利技术涉及的微纳光纤复合型微腔由于其Fano谐振谱线而在中心波长处具有极大的变化斜率，陡峭的斜率可以把微小的环境参量变化转化为大的可探测的强度变化，可极大提高生化传感器的灵敏度，从而可以实现快响应速度和高灵敏度的微纳米量级生化测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于光纤器件领域。
技术介绍
上世纪以来，光纤通信以及光纤传感领域发展迅速。光纤及光纤器件是光纤传感的传输媒介，其发展程度的高低在很大程度上决定着光纤传感领域的发展。光纤传感器抗干扰能力强、绝缘性好安全度高、灵敏度高、重量轻体积小易于集成，因而在很多行 业如能源石化、资源勘探、生物医疗等领域均有着广阔的应用前景。随着光纤传感领域的快速发展，对光纤器件的要求也越来越高，具有微尺寸、高灵敏度、快速响应等优势的新型光纤器件逐渐成为研究的热点。其中，微纳光纤器件以其低损耗、低成本、高性能、高可靠性在光纤器件中占据了很大份额。与普通单模光纤相比，微纳光纤的很大一部分光场能量以渐逝波的形式在芯外传播，这部分芯外渐逝场与环境相互作用时，对周围环境的折射率变化很敏感，因此可以被应用为高灵敏度的微型传感器。另外，F-P腔以及基于F-P腔的各种传感器现已被广泛应用，但是普通基于F-P腔的传感器灵敏度不高，响应速度较慢。近年来，随着各种微加工技术不断成熟，基于光纤端面、光纤表面和光纤内部而进行的微结构制备得到了大力发展，极大地促进了各种新型光纤微传感器在传感方面的应用。用飞秒脉冲激光在微纳光纤内部制备F-P微腔以及基于F-P微腔的复合传感器应用很少。使用飞秒激光器在微纳光纤内部刻写F-P微腔，并制成由微纳光纤F-P微腔和结型微纳光纤环形腔构成的微纳光纤复合型微腔，其Fano谐振谱线在中心波长处具有极大的变化斜率，陡峭的斜率可以把微小的环境参量变化转化为大的可探测的强度变化，可极大地提高生化传感器的灵敏度，可以实现比普通F-P腔更高的分辨率、更高的灵敏度以及更大范围的传感。再加以改进工艺，可以实现快响应速度和高灵敏度的微纳米量级生化测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有F-P腔以及基于F-P腔的各种传感器灵敏度不高，响应速度较慢的不足，提供一种，以实现更高灵敏度、更快响应速度和微量检测，这将在微型化和高灵敏度的生化传感领域有广泛应用前景。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案 一种高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器，由一根微纳光纤和在其内部的第一光纤内部反射镜、第二光纤内部反射镜和微纳光纤F-P腔以及一个结型微纳光纤环形腔构成，其特征在于所述微纳光纤是由普通单模光纤进行熔融制成的在微纳光纤内部用飞秒激光制作两个反射镜，然后在两个反射镜之间打结，最终制成由微纳光纤F-P腔和结型微纳光纤环形腔构成的微纳光纤复合型微腔；该微纳米光纤复合型微腔的Fano谐振谱线在中心波长处具有极大的变化斜率，陡峭的斜率可以把微小的环境参量变化转化为大的可探测的强度变化，极大地提高了生化传感器的灵敏度。一种高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器的制造方法，用于制作上述高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器，其操作步骤如下 O微纳光纤制备用氢氧火焰作为热源对一段长2米± O. 2米的单模光纤进行熔融制成微纳光纤在此单模光纤中间剥去长3厘米± O. 3厘米的涂覆层，并用酒精擦拭干净裸纤部分，放置在间距为5cm + O. 5cm的光纤夹具上，尾纤的一端连接到宽带光源，另一端连接至光功率计，用以监控单模光纤在熔融过程中的损耗变化情况。通过热源的氢气流量和火焰温度等参数的优化设定，可以保证所制得的微纳光纤均一'注较好。 2)飞秒激光制作微纳光纤复合型微腔将制备的微纳光纤置于三维移动平台上，使微纳光纤轴向垂直于飞秒脉冲激光光束的传输方向；飞秒脉冲激光通过显微镜的物镜聚焦于光纤熔锥锥腰的中心，三维移动平台沿飞秒脉冲激光传输方向移动，使飞秒脉冲激光的聚焦点沿光纤径向扫描光纤熔锥的锥腰，至飞秒激光刻写区域覆盖光纤熔锥锥腰区的纤芯，即单个反射面制备完毕；每制作一个反射面时，三维移动平台的移动距离为锥腰直径的二分之一，移动速度为O. 7-0. 8 μ m/s ;控制台沿z轴向锥腰另一端移动所需腔长的距离，完成第二个反射面的制备。在制备好的两个反射面之间对微纳光纤打结，就制成了由微纳光纤F-P腔和结型微纳光纤环形腔构成的微纳光纤复合型微腔。本专利技术的工作原理 与普通单模光纤相比，微纳光纤的很大一部分光场能量以渐逝波的形式在芯外传播，这部分芯外渐逝场与环境相互作用，对外界的折射率变化很敏感，因此微纳光纤可以被应用为高灵敏度的微型传感器。同时，与普通F-P腔以及基于F-P腔的各种传感器相比，基于复合型F-P微腔的传感器具有更高的灵敏度。本专利技术将微纳光纤倏逝波的高灵敏度和复合型F-P微腔的高灵敏度结合，制成由微纳光纤F-P腔和结型微纳光纤环形腔构成的微纳光纤复合型微腔高灵敏度生化传感器，由于其Fano谐振谱线在中心波长处具有极大的变化斜率，陡峭的斜率可以把微小的环境参量变化转化为大的可探测的强度变化，因此极大地提高了生化传感器的灵敏度和响应速度，可以实现快响应速度和高灵敏度的微纳米量级生化测量。同时，本专利技术提出的生化传感器具有结构简单，易于制造，便于集成，成本低廉，而且具有分辨率高，动态范围大，易于检测分析等优势，这将在微型化、高精度和低探测极限的生化传感领域有广泛应用前景。本专利技术与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点 (1)结合了微纳光纤倏逝波和复合型F-P微腔二者的优良特性，可实现小尺寸、高灵敏度和快响应速度的微量生化检测； (2)所专利技术的器件易于制造，便于集成，成本低廉，并且可以根据需求，制备不同直径、不同腔长、不同微环直径的传感器件，适应性强； (3)飞秒激光微加工技术成本低廉，精度和重复性高，易于实现器件的批量加工。附图说明图I是本专利技术中高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器的结构示意图。图2是本专利技术中制作微纳光纤的装置示意图。图3是本专利技术中利用飞秒激光在微纳光纤内部刻写F-P腔的装置示意图。图4是本专利技术中微纳光纤复合型微腔和普通单环腔的谱线对比图。具体实施例方式本专利技术的优选实施例并结合附图说明如下 实施例一 参见图I，本高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器，由一根微纳光纤(4)和在其内部的第一光纤内部反射镜(I)、第二光纤内部反射镜(2)、微纳光纤F-P腔(3)以及结型微纳光纤环形腔(5)构成。所述微纳光纤(4)是通过火焰加工单模光纤制成的，第一光纤内部反射镜(I)和第二光纤内部反射镜(2)分别是通过飞秒脉冲激光沿微纳光纤(4)内部纤芯的径向改变光纤的折射率形成的反射面。然后在两个反射镜之间打结，最终制成由微纳光纤F-P腔(3)和结型微纳光纤环形腔(5)构成的微纳光纤复合型微腔。实施例二 参见图2，本高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器的制造方法，用于制作根据实施例一所述的微纳光纤。用氢氧火焰(6)作为热源对一段长2米± O. 2米的单模光纤(7)进行熔融制成微纳光纤在此单模光纤中间剥去长3厘米± O. 3厘米的涂覆层，并用酒精擦拭干净裸纤部分(8)，放置在间距为5cm的光纤夹具(9)上，尾纤的一端连接到宽带光源(10)，另一端连接至光功率计(11)，用以监控单模光纤在熔融过程中的损耗变化情况。通过热源的氢气流量、火焰温度等参数的优化设定，可以保证所制得的微纳光纤(12)均一性较好。实施例三 参见图3，本高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器的制造方法，用于制作根据实施例一所述的利用飞秒激光在微纳光纤内部刻写F-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高灵敏度微纳光纤复合型微腔生化传感器，由一根微纳光纤（4）和在其内部的第一光纤内部反射镜（1）、第二光纤内部反射镜（2）、和微纳光纤F？P腔（3）以及一个结型微纳光纤环形腔（5）构成，其特征在于：所述微纳光纤（4）是通过火焰加工单模光纤制成的，第一光纤内部反射镜（1）和第二光纤内部反射镜（2）分别是通过飞秒脉冲激光沿微纳光纤（4）内部纤芯的径向改变光纤的折射率形成的反射面；由结型微纳光纤环形腔（5）和微纳光纤F？P腔（3）构成微纳米光纤复合型微腔；该微纳米光纤复合型微腔由于其Fano谐振谱线而在中心波长处具有极大的变化斜率，陡峭的斜率可以把微小的环境参量变化转化为大的可探测的强度变化，极大地提高了生化传感器的灵敏度，可实现快响应速度和高灵敏度的微纳米量级生化测量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张小贝，殷赵辉，杨萍，庞拂飞，刘云启，王廷云，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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