专利名称：一种纳米线光波导折射率传感器的组装方法
技术领域：
本发明属于折射率传感领域，涉及一种纳米线光波导折射率传感器的组装 方法。
背景技术：
折射率在物理、化学、生物等学科领域是一个很重要的参数，因而对折射 率的精确测量尤其重要。基于光纤的折射率传感器灵敏度高，易于操作，抗电 磁干扰能力强，受到许多研究者的青睐。环形谐振腔、光纤耦合器、锥形光纤、 光纤光栅和光子晶体光纤的光纤传感器均有报道，但是，这些器件的尺寸在厘 米量级，不利于实现超紧凑型的高灵敏折射率传感器。
发明内容
针对现有技术特点，本发明的目的在于提供一种能灵活调节传感器灵敏度 的纳米线光波导折射率传感器的组装方法。 为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其包括以下步骤
① 将两根或多根纳米线平行排列，将纳米线的一端固定，另一端绕平行纳 米线所形成的阵列的中心轴旋转，形成一个包括输入/输出端口和中间扭缠部分 的纳米线光波导器件；
② 将一尖锥光纤平行靠近纳米线光波导器件的输入端，该尖锥光纤与输入 端在分子力和静电力作用下吸引在一起，同样方法，将另一尖锥光纤与输出端 吸引在一起，其中一尖锥光纤作为信号输入端，另一尖锥光纤作为信号输出端。
该纳米线两端分别固定在两个独立的第一、第二微型支架上，保持其中一 个微型支架不动，另一微型支架绕平行纳米线所形成的阵列的中心轴旋转，形 成纳米线光波导器件。所述第一微型支架或第二微型支架顺时针或逆时针旋转，分别增加或减少 扭缠的圈数。
所述第一微型支架或第二微型支架上设有一微调手柄。所述纳米线两端用 胶带固定在微型支架上。
该纳米线两端分别固定在微调节架上，输入/输出端所形成的分支间的夹角 通过微调节架调节，调节范围为几度至几十度。
每个微调节架包括能左右移动的第一移动块、能上下移动的第二移动块、 调节第一移动块位置的第一微调旋钮及调节第二移动块位置的第二微调旋钮， 纳米线两端粘贴固定于移动块上，微调节架设置于平板上的两端。
作为信号输入端的尖锥光纤连接光源，作为信号输出端的尖锥光纤连接光 功率计。
将一定浓度的待测溶液液滴用微型注射器滴注在纳米线光波导器件中间扭 缠部分所形成的传感区，并从信号输入端输入光信号，并用信号输出端将输出 光功率导入光功率计测量输出光功率；测完后，用蒸馏水清洗传感区并干燥，换 另一浓度的溶液，再测输出功率，得到溶液浓度和输出功率的关系。
利用本发明纳米线光波导折射率传感器的组装方法所形成的传感器的灵敏
度高，折射率检测极限可达10—7，器件尺寸小，包括输入/输出分支和传感区在 内约4毫米，且利用该组装方法能对传感器的灵敏度灵活进行调节，大大提高
了检测效率。
本发明的纳米线光波导折射率传感器的组装方法对于微小体积内的折射率 传感或生物传感是十分有用的。
图1:本发明组装方法所用的纳米线光波导折射率传感器的结构示意图； 图2:本发明通过微调节架调节纳米线光波导折射率传感器输入/输出分支 间夹角的结构示意图3:传感区扭缠圈数为4、纳米线直径为440纳米、输入/输出分支夹角650纳米情况下，输出功率与折射率的关系曲线；
图4:输入红光波长为650纳米，在圈数为2， 3， 4， 6， 8， 12， 16， 20， 23和24的情况下灵敏度和圈数的关系曲线；
图5:输入红光波长为650纳米，输入/输出分支间夹角为5°， 10°， 15°, 20°， 25°， 30°， 35°的情况下灵敏度和输入/输出分支间夹角的关系曲线。
具体实施例方式
本发明提供了一种纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其包括以下歩 骤，如图l所示
① 将两根或多根纳米线1平行排列，将纳米线1的一端固定，另一端绕平 行纳米线1所形成的阵列的中心轴旋转，形成一个包括输入/输出端口和中间扭 缠部分的纳米线光波导器件；
本实施例中以两根纳米线为例说明，该纳米线光波导器件形成2X2分支结 构，两根纳米线直径均为440纳米，输入/输出分支间的夹角均为20°;
② 将一尖锥光纤3平行靠近纳米线光波导器件的输入端，该尖锥光纤3与 输入端在分子力和静电力作用下吸引在一起，同样方法，将另一尖锥光纤4与 输出端吸引在一起，其中一尖锥光纤3作为信号输入端，另一尖锥光纤4作为 信号输出端。作为信号输入端的尖锥光纤3连接光源，作为信号输出端的尖锥 光纤4连接光功率计。
将一定浓度的待测溶液液滴用微型注射器滴注在纳米线光波导器件中间扭 缠部分所形成的传感区；从信号输入端输入光信号，并用信号输出端将输出光 功率导入光功率计测量输出光功率；测完后，用蒸馏水清洗传感区并干燥，换另 一浓度的溶液，再测输出功率，得到溶液浓度和输出功率的关系。
该纳米线1两端分别固定在两个独立的第一、第二微型支架6、 7上，保持 其中一个微型支架6不动，另一微型支架7绕平行纳米线1所形成的阵列的中 心轴旋转，形成纳米线光波导器件。
所述第一微型支架6或第二微型支架7顺时针或逆时针旋转，分别增加或 减少扭缠的圈数，即改变传感区的长度，根据传感器的灵敏度需要调节中间扭
6缠部分的圈数。
所述第一微型支架6或第二微型支架7上设有一微调手柄8。所述纳米线1 两端用胶带2固定在微型支架6、 7上。
如图2所示，将纳米线光波导折射率传感器从微型支架6、 7上取下并固定 在微调节架9上，该纳米线两端分别固定在微调节架9上，输入/输出端所形成 的分支间的夹角通过微调节架9调节，调节范围为几度至几十度。
每个微调节架9包括能左右移动的第一移动块11、能上下移动的第二移动 块12、调节第一移动块11位置的第一微调旋钮13及调节第二移动块12位置的 第二微调旋钮14,纳米线1两端粘贴固定于移动块12上，微调节架9设置于平 板10上的两端。微调节架的数量可由纳米线l的数量决定，通过调节微调节架 9即可改变输入/输出分支间的夹角，根据传感器的灵敏度需要调节输入/输出分 支间的夹角。
本发明中，配置一系列质量浓度的氯化钠溶液(1%， 3%， 5%， 7%， 9%， 10%, 12%， 13%和15%)，在室温下，用阿贝折射仪测得这些溶液在光波长为589.3纳 米下的折射率分别为1. 3351， 1. 3388， 1. 3423， 1. 3461， 1. 3498， 1. 3509， 1. 3552， 1.357和1.3596。
由尖锥光纤3通入波长为650纳米的红光，将溶液滴在传感区，用光功率 计测由尖锥光纤4输出的光功率(每一浓度的溶液测得一个数据)，得出输出功 率与折射率的关系曲线，如图3所示。
旋转第二微支架7，改变传感区的扭缠圈数，在圈数为2， 3， 4， 6， 8， 12， 16， 20， 23和24的情况下，改变检测的溶液浓度，得出传感器的灵敏度和圈数 的关系曲线，如图4所示。
将传感器从微型支架6、 7上取下并固定在微调节架8上，调节微调节架8， 分别在输入/输出分支间的夹角为5°， 10°, 15°， 20°， 25°, 30°， 35°的情况 下改变检测的溶液浓度，得出灵敏度和输入/输出分支间夹角的关系曲线，如图 5所示。
权利要求
1、一种纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征在于包括以下步骤①将两根或多根纳米线(1)平行排列，将纳米线(1)的一端固定，另一端绕平行纳米线所形成的阵列的中心轴旋转，形成一个包括输入/输出端口和中间扭缠部分的纳米线光波导器件；②将一尖锥光纤(3)平行靠近纳米线光波导器件的输入端，该尖锥光纤(3)与输入端在分子力和静电力作用下吸引在一起，同样方法，将另一尖锥光纤(4)与输出端吸引在一起，其中一尖锥光纤(3)作为信号输入端，另一尖锥光纤(4)作为信号输出端。
2、 根据权利要求1所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征 在于该纳米线(1)两端分别固定在两个独立的第一、第二微型支架(6、 7) 上，保持其中一个微型支架不动，另一微型支架绕平行纳米线所形成的阵列的 中心轴旋转，形成纳米线光波导器件。
3、 根据权利要求2所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征 在于所述第一微型支架(6)或第二微型支架(7)顺时针或逆时针旋转，分 别增加或减少扭缠的圈数。
4、 根据权利要求3所述的纳米线光波导器件的组装方法，其特征在于所 述第一微型支架(6)或第二微型支架(7)上设有一微调手柄(8)。
5、 根据权利要求2或3或4所述的纳米线光波导器件的组装方法，其特征 在于所述纳米线(1)两端用胶带(2)固定在微型支架上(6、 7)。
6、 根据权利要求1所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征 在于该纳米线(1)两端分别固定在微调节架(9)上，输入/输出端所形成的 分支间的夹角通过微调节架(9)调节，调节范围为几度至几十度。
7、 根据权利要求6所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征 在于每个微调节架(9)包括能左右移动的第一移动块(11)、能上下移动的 第二移动块(12)、调节第一移动块(11)位置的第一微调旋钮(13)及调节第二移动块(12)位置的第二微调旋钮(14)，纳米线(1)两端粘贴固定于移动块(12)上，微调节架(9)设置于平板(10)上的两端。
8、 根据权利要求1所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征在于作为信号输入端的尖锥光纤(3)连接光源，作为信号输出端的尖锥光纤 (4)连接光功率计。
9、 根据权利要求8所述的纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征在于将一定浓度的待测溶液液滴(5)用微型注射器滴注在纳米线光波导器件中间扭缠部分所形成的传感区，并从信号输入端输入光信号，并用信号输出端将输出光功率导入光功率计测量输出光功率；测完后，用蒸馏水清洗传感区并干 燥，换另一浓度的溶液，再测输出功率，得到溶液浓度和输出功率的关系。
全文摘要
本发明涉及一种纳米线光波导折射率传感器的组装方法，其特征在于包括以下步骤①将两根或多根纳米线(1)平行排列，将纳米线(1)的一端固定，另一端绕平行纳米线所形成的阵列的中心轴旋转，形成一个包括输入/输出端口和中间扭缠部分的纳米线光波导器件；②将一尖锥光纤(3)平行靠近纳米线光波导器件的输入端，该尖锥光纤(3)与输入端在分子力和静电力作用下吸引在一起，同样方法，将另一尖锥光纤(4)与输出端吸引在一起，其中一尖锥光纤(3)作为信号输入端，另一尖锥光纤(4)作为信号输出端。器件的中间扭缠部分为传感区域。本发明能灵活调节传感器灵敏度，可在微型折射率传感领域发挥作用。
文档编号G01J1/00GK101539516SQ20091003855
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者余华清, 恒 朱, 李宝军, 王宇清 申请人:中山大学