[发明专利]一种S型光纤包层SPR传感器及其制作和使用方法

说明书

本发明属于光纤表面等离子体共振传感领域，主要涉及S型光纤包层SPR传感器；该传感器由传光区、S型调制区、包层传感区、环形芯收光光纤、金属膜、环境介质组成；包层传感区右端面与环形芯收光光纤左端面同轴对接，金属膜环形包覆在包层传感区表面，环境介质包覆在金属膜的表面，S型调制区纤芯和包层均弯曲成S型；本发明解决现有技术中包层型SPR传感器结构少的问题，不仅可以调节SPR共振工作波段，进而实现波分复用多通道检测，还可以实现高灵敏度的双参数应变传感。

技术领域

本发明属于光纤表面等离子体共振(SPR)传感领域，特别涉及一种S型光纤包层SPR传感器，适用于光纤波分复用多通道折射率传感及应变传感。

背景技术

表面等离子共振(SPR)传感技术是利用全反射倏逝波和金属表面等离子体波之间的共振现象来工作的。这种现象使宽谱光特定波长处的能量急剧衰减，在透射光谱中表现为特定波长处的共振谷。SPR对金属表面环境折射率的变化非常敏感。当金属周围环境的折射率发生变化时，共振谷的特定波长位置会发生变化，从而产生共振谷漂移现象，因此，可以实现高灵敏度的折射率测量。此外，当外界环境介质折射率保持不变，SPR对传输光的全反射角度(也称SPR共振角度)变化也十分敏感，SPR共振角度发生改变时，也会产生共振谷漂移的现象。

在光纤上构造SPR传感结构，需要光纤基底中传输光的倏逝场与金属膜接触，进而与金属膜中的电子发生共振。根据发生SPR的光纤基底位置，可将光纤SPR传感器分为纤芯型和包层型两类。纤芯型SPR传感器是通过去除光纤包层使纤芯裸露，在裸露的纤芯表面镀制一层金属膜，让纤芯模式的倏逝场与金属膜接触从而发生SPR，典型的去除包层构建SPR光纤传感结构的方法有侧抛法、研磨法、腐蚀法，这些加工方法往往需要复杂的微加工设备，存在加工效率低，去除包层的光纤探针结构脆弱等问题。因此，光纤包层型SPR传感器成为新的研究热点。

光纤包层型SPR传感器则是将纤芯中传输的光耦合到包层中，在包层表面镀制金属膜，利用包层模式的倏逝场与金属膜接触从而发生SPR，典型的包层型SPR传感器是由多模光纤-单模光纤-多模光纤构成的异质芯结构，通过纤芯失配将多模光纤纤芯中的光直接耦合注入到单模光纤的包层中，然后在单模光纤包层上镀制金属膜。但是，目前报道的光纤包层型SPR传感器结构还是很少，因为开发出的，可将纤芯中的光有效耦合到包层，进而构造包层SPR传感器的结构尚少。因此，需要开发出一些新型的光纤包层SPR传感器来替代那些加工复杂，加工效率低且结构脆弱的纤芯型SPR传感器。

由于光纤SPR传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、可实现长距离实时在线检测等优点，目前已成为环境监测领域的研究热点。但是在实际应用场景中，通常需要同时检测多个待测量，而不仅仅只是检测一种物质，因此构建可多通道检测的SPR传感器也成为了光纤SPR传感领域的迫切需求。

应变测量在工程健康监测预警领域中起重要作用，成为近年来光纤传感领域的研究热点，现已提出的光纤型应变传感器主要有马赫曾德干涉型、法布里-伯罗干涉型和光纤光栅型几类。光纤SPR传感技术具有灵敏度高等优势，因此，构造一种能够用于应变测量且加工简单的光纤SPR传感器成为了光纤SPR传感领域的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种S型光纤包层SPR传感器及其制作和使用方法，以解决现有技术背景中纤芯型SPR传感器加工难度大，探针结构脆弱、包层型SPR传感器结构较少的问题，此外，该发明还具备波分复用双通道检测和应变检测两大功能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：