[发明专利]基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头及其制作方法，传感探头包含单模光纤、金属‑金属氧化物复合膜、敏感膜、以及金属反射薄膜；单模光纤末端的纤芯被拉伸为锥形探针；金属‑金属氧化物复合膜覆盖在锥形探针的锥腰表面；敏感膜覆盖在所述金属‑金属氧化物复合膜的表面上；金属反射薄膜设置在所述锥形探针末端的端面上。制备时，首先对单模光纤进行熔融拉锥，然后用光纤切割刀将锥形光纤从锥腰处切成两段，形成两根锥形光纤探针；最后依次在锥形光纤探针上镀膜。本发明结构简单、成本低；利用反射式结构可以将传感探头伸进特定的工作环境下，可以避免测量人员与被测物的直接接触，从而提高安全性。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头及其制作方法。

背景技术

20世纪70年代，光纤成为新兴的光电子技术材料，具有体积小、抗腐蚀性强、抗干扰能力强等诸多有点，因此以光纤为信道的通信系统逐渐发展起来。1902年，wood在做衍射光栅实验时，发现表面等离子体共振现象；1960年Stern和Farrell研究表面等离子体共振条件，首次提出表面等等离子体波的概念；随后Otto和Kretschmann先后使用棱镜与金属膜激发表面等离子体共振现象；1933年美国华盛顿大学R.CJorgenson和Yee提出将光纤纤芯作为激发表面等离子体共振效应的载体，采用金属膜覆盖在光纤表面研制了SPR（表面等离子体共振,全称为Surface Plasmon Resonance）光纤传感器解决传统棱镜模型结构体积大，灵敏度低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统光纤传感器结构复杂、体积较大、使用困难等问题，提出一种基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头及其制作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头，包含单模光纤、金属-金属氧化物复合膜、敏感膜、以及金属反射薄膜；

所述单模光纤末端的纤芯被拉伸为锥形探针；

所述金属-金属氧化物复合膜覆盖在锥形探针的锥腰表面，用于提高锥形传感探头的灵敏度；

所述敏感膜覆盖在所述金属-金属氧化物复合膜的表面上，用于感应所测量的信号；

所述金属反射薄膜设置在所述锥形探针末端的端面上，形成微反射镜，用于反射所测量的信号。

本发明还公开了一种该基于表面等离子体共振的光纤锥形传感探头的制作方法，包含以下步骤：

步骤1），将单模光纤的一端接入激光光源，另一端接入光功率计，并剥去单模光纤的涂覆层、使其露出长度等于预设的第一长度阈值的裸光纤；

步骤2），用清洁液对裸光纤进行清洗，并将清洗后的裸光纤固定在拉伸台上；

步骤3），通过氢氧焰对剥去涂覆层的裸光纤进行加热、熔融，同时将熔融光纤向两端拉伸、直至形成的锥腰长度等于预设的第二长度阈值，并通过光功率计确认熔融拉锥完的锥形光纤能够正常工作；

步骤4），将熔融拉锥完的锥形光纤固定在载玻片上，并且使其处于紧绷状态，在光学金相显微镜下用光纤切割刀将锥形光纤从锥腰处切成两段，形成两根锥形光纤探针；

步骤5），将锥形光纤探针固定在玻璃基片上，用酒精液清洗锥形光纤探针的锥腰段；

步骤6），采用磁控溅射法在锥形光纤探针锥腰段的包层上溅射一层金属膜，并在金属膜上溅射一层金属氧化物膜，形成金属-金属氧化物复合膜；

步骤7)，在金属-金属氧化物复合膜上涂覆一层敏感膜；

步骤8），在锥形光纤探针末端的端面上镀金属反射薄膜，形成微反射镜。