[发明专利]一种纤芯折射率可调的光纤SPR传感器及其制作方法

说明书

本发明提供一种纤芯折射率可调整的光纤SPR传感器及其制作方法，包括光源、注光光纤、构建的纤芯折射率可调特种光纤、收光光纤、光谱仪，其技术方案要点是：光源发出的光由接收光纤接收后传入纤芯折射率可调的特种光纤；对设计制作的纤芯折射率可调特种光纤进行部分表面腐蚀并镀50nm金膜加工后产生SPR现象；用直径较大的多模光纤对输出光场进行接收并将光信号传输到光谱仪进行信号采集和解调；将制作完成的SPR传感探针置于待测液体环境中，通过光谱仪解调出的SPR共振波长即可检测液体的折射率。本发明涉及的纤芯折射率可调的光纤SPR传感器具有用低折射率紫外固化胶制成光纤纤芯，解决光纤型SPR传感器纤芯折射率不可调，进而检测范围难以调整的问题。

技术领域

本发明属于光纤SPR传感器领域，特别涉及一种纤芯折射率可调的光纤SPR传感器。

背景技术

SPR传感器通常基于Kretschmann结构，由薄的高导电金属(常见的是金或者银)层覆盖在棱镜表面组成。其反射光谱的特性对临近金属层外侧介质的折射率是高度敏感的。

1902年Wood(Proceedings of the Physical Society of London，269-275，1902)首次发现连续光谱的偏振光照射金属光栅时会发生反常的衍射现象，由此意识到表面等离子波的存在，并做了公开描述。1957年，Ritchie(Phys.Rev，874-881，1957)通过研究发现，电子透过金属薄片时，会有能量消失峰，他将这种消失峰称为“能量降低的”等离子体模式，并给出等离子体模式与薄膜边界的关系，首次提出了用于描述金属内部电子密度进行纵向波动的“金属等离子体”概念。

1971年，德国的物理学者Kretschmann(Z.physick，313-324，1971)在Otto模型的基础上提出另外一种模型，即直接将金属薄膜镀制在棱镜底部，这样克服了控制间隙厚度的困难，并对这种模型进行了详细的理论分析，我们称之为Kretschmann模型。美国华盛顿大学R.C.Jorgenson(Sensors and Actuators B，213–220，1993)博士于1993年和他的导师S.S.Yee通过实验和理论分析提出了光纤SPR生物传感器的概念，不再使用体积较大的棱镜而是利用多模光纤纤芯作为激发SPR效应的载体，设计出第一个光纤SPR生物传感器，并且用白光光源代替了单色光源。

由于SPR现象对与产生表面等离子激元金属薄膜接触待测介质的折射率极其灵敏，可以用光纤SPR传感器检测待测介质折射率，并且其结果更为精确。但是，受光纤纤芯折射率的影响，光纤SPR传感器可测折射率的范围也受到制约，于是调节光纤纤芯折射率就成为一个新的努力方向。如Jorgenson(Sensors and Actuators A，1994)通过使用蓝宝石光纤，将光纤SPR的动态响应范围整体向短波长调整，并使其测量范围上限扩展到1.70，但是蓝宝石光纤价格昂贵，对于光纤型SPR传感器改变纤芯材质较为困难。

基于此，本发明提出了一种纤芯折射率可调的光纤SPR传感器及其制作方法。利用紫外固化胶注入空心光纤或者毛细管光纤的方法实现纤芯折射率的调节，然后对设计制作的特种光纤表面进行部分腐蚀并镀制50nm金属膜的方法制作光纤SPR探针，将该光纤SPR探针置于待测液体环境中，通过接收光纤和输出光纤的连接，可以在光谱仪上观察到反射光谱出现反射率急剧下降的共振谷即SPR现象，从而根据共振谷的位置进行液体折射率高灵敏检测。纤芯折射率可调的光纤SPR传感器具有纤芯折射率可通过更换不同折射率的紫外固化胶从而进行调节的特性，因而能够更大折射率范围的待测液体进行检测，并且为波分复用型SPR多通道检测奠定技术基础。

发明内容

发明的目的在于提供一种基于光纤、结构紧凑、操作方便的纤芯折射率可调的光纤SPR传感器。本发明利用紫外固化胶注入空心光纤或者毛细管光纤中改变纤芯折射率从而制的纤芯折射率可调的特种光纤，利用该纤芯折射率可调的特种光纤进行部分表面的腐蚀和镀制金属膜从而获得纤芯折射率可调的光纤SPR探针，然后接入光路并将SPR探针置于待测液体环境中，实现待测液体折射率的检测。