[发明专利]基于表面等离子共振和受激拉曼散射的光纤型传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于表面等离子共振和受激拉曼散射的光纤型传感系统。

技术背景

生化传感技术被广泛应用到基础生命科学、医学、生化、环境和食品检测等领域，传统的生物传感技术很难实现生物分析相互作用的实时在线检测，如X射线光电子光谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)等，价格昂贵，设备庞大，实验条件苛刻(高真空)，另外的一些常用免疫测试技术，如荧光免疫测定，一般都需要标记，而且测试过程复杂，测试时间较长。随着测试技术的发展，人们对检测的精度以及多样性提出了更高的要求。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种通用性好，灵敏度高，稳定性好，可实现远程监测的微型的基于表面等离子共振和受激拉曼散射的光纤型传感系统。

基于表面等离子共振和受激拉曼散射的光纤型传感系统，包括发出入射光的宽带光源，将入射光转变为偏振宽带光的P型偏振片，聚焦凸透镜，调节偏振宽带光的偏振、增强共振效果的偏振控制器，光纤分束器，防止光波反射形成自激的光纤斜面端，进入被分析溶液中产生SPR光谱的SPR探头，和检测共振波长的光纤光谱仪；

所述的P型偏振片位于所述的宽带光源和聚焦凸透镜之间，所述的聚焦凸透镜将偏振宽带光耦合入所述的偏振控制器中，所述的偏振控制器与光纤分束器的一个输入端连接，所述的光纤光谱仪与光纤分束器的另一个输入端连接，所述的光纤斜面端与光纤分束器的一个输出端连接，所述的SPR探头与所述的光纤分束器的另一个输出端连接；所述的光纤斜面端的自由端呈斜面；

所述的SPR探头包括头部纤芯裸露的光纤，裸露纤芯的端面均匀沉积有作为端面反射镜的第一金属膜，裸露纤芯的周围均匀沉积一层第二金属膜，所述的第二金属膜表面修饰有纳米膜，所述纳米膜上沉积一层敏感膜。

进一步，所述的第一金属膜为厚度约300nm的金膜或银膜；所述的第二金属膜为通过射频磁控溅射沉积而成的厚度为50nm±0.1nm的金膜(Au膜)；所述的纳米膜为通过激光诱导在Au膜上修饰而成的Au纳米膜。

进一步，所述的光纤分束器为2×2光纤分束器。

进一步，所述的SPR探头的光纤为普通单模光纤。

本发明的“连接”是指针对光路而言的连接，例如所述光纤偏振控制器与所述2×2光纤分束器输入端的一端连接，即理解为“从光纤偏振控制器输出的光信号输入到2×2光纤分束器输入端的一端”，其他地方也同理解释。

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技术是光在玻璃和金属界面处发生全反射时产生的倏逝波会引发金属表面的自由电子产生表面等离子，当表面等离子体和倏逝波的频率和波数相同时，就会产生表面等离子体共振(SPR)，其共振波长主要和金属膜的介电常数、待测溶液的浓度、折射率等参数密切相关，因此在只改变待测溶液而其他参数不变的条件下，光纤SPR传感器的共振波长与待测溶液折射率之间存在对应关系。SPR技术具有待测物无需纯化、样品无需标记、实时监测反应的动态过程、灵敏度高、背景干扰小、响应速度快、检测时间短等优点，目前得到了广泛的重视和迅速发展；而金属纳米结构的表面增强拉曼散射效应(SERS)使得吸附在具有SERS活性的金属表面分子的拉曼信号和溶液中相同数量分子的拉曼信号相比发生了高达10⁶的巨大增强，导致SERS技术对表面物质具有极高检测灵敏度和选择性，可在分子水平上实时观测到界面各种物质“指纹”信息(化学结构和组成)。

光纤SPR传感系统是把光纤技术与SPR/SERS技术结合在一起，将SPR敏感部分缩小到光纤芯径尺寸，光纤直径一般在600um以下，SPR探头的长度在5mm-25mm，十分小巧，而且，检测时无需标记样品，保持了分子结构和活性，灵敏度高，同时使用光纤的传导作用，可实现远距离的在线检测，检测过程方面快捷，是今后技术发展和系统微型化要求的自然延伸。

本发明将表面等离子共振(SPR)效应和光纤技术结合起来。SPR技术及金属纳米结构的表面增强拉曼散射效应，具有高检测灵敏度的特点，可使得拉曼信号得到巨大增强，检测精度提高；采用光纤作为传感器探头，结构小巧，有利于系统的微型化，同时克服了棱镜型SPR结构中易受机械结构、光源波动等外界因素的影响。