[发明专利]一种H形微纳米光纤表面等离激元传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种H形微纳米光纤表面等离激元传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方，或者对人有害的地区，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质，如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

基于表面等离激元光纤传感器是最近出现的新型传感器，设计表面等离激元激发的结构，产生表面等离激元的激发，因其对外部折射率的变化非常敏感，因此在生物化学方面的传感得到了高度的关注。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种H形微纳米光纤表面等离激元传感器及其制备方法,将普通单模光纤研磨成H形，提供一种光纤中光波的偏振状态,并在H形侧面镀金属薄膜，成为表面等离激元激发结构，是一种紧凑、简易的光纤传感器。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种H形微纳米光纤表面等离激元传感器，所述传感器包括玻璃套管和封装在玻璃套管内的H形微纳米光纤，所述H形微纳米光纤由单模光纤加工而成，在光纤的圆周面上，沿垂直于光纤轴向的方向对称设有两个凹槽，构成上、下对称敞口的双凹槽结构，凹槽的槽底与光纤纤芯的外表面相切，并且在上、下两个凹槽的槽底均镀有金属薄膜。

所述金属薄膜为金、银、铝或铂金属薄膜。

一种H形微纳米光纤表面等离激元传感器的制备方法，包括如下步骤：

（1）、光纤腐蚀处理：用氢氟酸溶液、氟化铵和水配制氢氟酸缓冲溶液,取单模光纤对其圆周面上对称的两侧进行腐蚀处理，腐蚀深度使内腐蚀平面距离纤芯20μm处，两侧的内腐蚀平面相互平行，腐蚀宽度为246.8μm；

其中，氢氟酸缓冲溶液的配比为按质量比氢氟酸溶液：氟化铵: 水=3:7:10；

（2）、H形微纳米光纤成形处理：将经过氢氟酸缓冲溶液腐蚀过的光纤固定在夹具上，使用研磨机对光纤腐蚀过的两个侧面进行研磨和抛光，在光纤的表面形成两个沿垂直于光纤轴向方向设置的凹槽，构成具有上、下对称敞口的双凹槽结构，两个凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底与光纤纤芯的外表面相切，凹槽宽度为246.8μm；

（3）、金属镀膜处理：在H形微纳米光纤的上、下凹槽的槽底上采用磁控溅射的方法沉积金属薄膜，其中金属薄膜厚度为30～100nm；

（4）、玻璃套管封装：用开放型的玻璃套管封装经过金属镀膜处理的H形微纳光纤，制成H形微纳米光纤表面等离激元传感器。

所述步骤（1）中使用到的氢氟酸的浓度为40%。

所述步骤（3）中的金属薄膜为金、银、铝或铂金属薄膜。

本发明的有益效果是：

1、H形微纳光纤具有很好的偏振效应，激发的表面等离激元能形成偏振干涉，能极大的增加现有的光纤表面等离激元响应传感器的灵敏度。

2、灵敏度高，响应速度快，感应区域小，采用窄线宽光源，检测距离远。

3、本发明的传感器由单模光纤加工而成，制作成本较低，便于推广使用。

4、本发明使用的单模光纤，直径很小，可以用在很小容积的情况下，且能适应于较复杂的工作环境里，应用广泛。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的侧视结构示意图。

图3是本发明的俯视结构示意图。

图4是本发明的剖视结构示意图。

图5是本发明在应用中的的示例光谱。

图中标记：1、纤芯，2、包层，3、金属薄膜，4、玻璃套管。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例：

实施例1

（1）、光纤腐蚀处理：用氢氟酸溶液、氟化铵和水配制氢氟酸缓冲溶液,取单模光纤对其圆周面上对称的两侧进行腐蚀处理，腐蚀深度使内腐蚀平面距离纤芯20μm处，两侧的内腐蚀平面相互平行，腐蚀宽度为246.8μm；

其中，氢氟酸缓冲溶液的配比为按体积比氢氟酸溶液：氟化铵: 水=3:7:10；其中氢氟酸的浓度为40%。