专利名称：基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感器，具体讲涉及基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感
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背景技术：
光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、结构简单、光路可弯曲、易微型化等优点，在生化反应监控与检测等方面具有非常广泛的应用前景。然而，采用普通光纤作为敏感元件的光纤传感器存在耦合损耗大、保偏性差和交叉敏感问题等若干难以克服的缺点，限制了传感器性能的进一步提高。基于光子晶体光纤的传感器属于光纤传感器的一种，与普通光纤相比，光子晶体光纤具有一系列优良特性，如多维结构、调谐范围宽、模场面积大、可实现多参数测量等。表面等离子体共振是一种物理光学现象，当入射光在介质表面发生全内反射时会产生倏逝波，倏逝波能够激发金属表面的自由电子振荡产生表面等离子体。适当选择入射角和入射波长，表面等离子体与倏逝波的频率就会相等，此时就会产生共振，表现为入射光被强烈吸收，反射光的能量急剧下降，于是在反射的光谱上就会出现吸收峰。当金属薄膜表面邻近的介质折射率发生变化时，吸收峰的位置也会随之产生移动。基于表面等离子体共振传感器灵敏度高，具有分析样品不需要纯化、生物样品无需标记、无背景干扰、能够实时监测反应动态过程等特点，逐渐成为国际传感器的研究热点，在生物化学等应用领域中具有广泛的应用前景。但目前未见成熟产品、技术报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种灵敏度高、耦合损耗小的光纤传感器。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，包括连续宽带光源以及光纤耦合输出组件、SMA905转FC接口跳线、光纤耦合组件、光子晶体光纤、光谱探测装置，光子晶体光纤一端连接光纤耦合组件，一端连接光谱探测装置，SMA905转FC 接口跳线的SMA905接口一端连接连续宽带光源及光纤耦合输出组件，FC接口一端通过法兰盘连接到光纤耦合组件。所述连续宽带光源以及光纤耦合输出组件为一溴钨灯点光源发出的宽带连续光经过一聚焦透镜入射到SMA905转FC接口跳线，SMA905转FC接口跳线数值孔径范围是 0. 4-0. 5。。所述光纤耦合组件是连接光子晶体光纤输出端以及通过法兰盘连接SMA905转FC 接口跳线的FC接口的光纤适配器。所述光子晶体光纤是，空气孔可以直接作为微流体通道，且空气孔内壁上沉积金属纳米薄膜，金属薄膜能够增强传感器的表面等离子体共振效应，光子晶体光纤直接通过光纤适配器与法兰盘进行连接。本发明可带来如下效果
本发明基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感同时具备光子晶体光纤的优良传输特性以及表面等离子体的高灵敏特性，利用光子晶体光纤空气孔作为微流体通道，在空气孔内壁镀金属薄膜来增强表面等离子体共振效应，使整个传感结构更加紧凑易于集成化，具有高灵敏度；本发明由于采用会聚透镜聚焦和SMA905转FC接口跳线，能够实现连续宽带光源光纤FC接口耦合输出，法兰盘可以将FC接口的跳线与光子晶体光纤的光纤适配器直接进行连接，这样就能够实现整个传感器的光纤化，使整个传感装置具有结构灵活简单、体积小、质量轻、稳定可靠等优点；此外，本发明还、不带电、抗干扰能力强，结构紧凑、能够实时监测反应动态过程等优点，可以被广泛应用于生化反应中的监控和过程检测以及生物工程、临床医学等方面。
图1为基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感装置结构示意图。图2为连续宽带光源光纤耦合输出示意图。图3为光子晶体光纤空气孔内壁镀金属薄膜后的截面图。图中1.连续宽带光源及光纤耦合输出组件；2. SMA905转FC接口跳线；3.光纤耦合组件；4.光子晶体光纤；5.光谱探测器；11.连续宽带点光源；12.聚焦透镜；41.微流体通道；42.金属薄膜。
具体实施例方式基于光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器，是指在光子晶体光纤中靠近纤芯的空气孔内壁上沉积金属纳米颗粒或纳米薄膜，包层空气孔可以直接作为微流体通道而不必像传统光纤那样腐蚀掉包层或拉锥。另外可以通过调节光子晶体光纤的结构、空气孔尺寸等改变其传导模式的有效折射率，便于实现纤芯传导模式与等离子体模式的相位匹配。 当微流体流经镀膜的包层气孔时，不同物质折射率值的变化能够引起透射损耗峰的变化， 这个过程可以得到实时检测。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感装置包括一连续宽带光源以及光纤耦合输出组件、一 SMA905转FC接口跳线、一光纤耦合组件、一光子晶体光纤、一光谱探测装置。所述光子晶体光纤一端连接光纤耦合组件，一端连接光谱探测装置。所述SMA905转FC接口跳线的SMA905接口一端连接连续宽带光源，FC接口一端连接法兰盘。所述连续宽带光源光纤耦合输出装置为一溴钨灯点光源发出的宽带连续光经过一聚焦透镜入射到数值孔径较大的SMA905接口的跳线中，SMA905转FC接口跳线数值孔径范围是0. 4-0.5。。所述SMA905转FC接口跳线一端是SMA905接口，另一端是FC接口。所述光纤耦合组件是指通过法兰盘连接的跳线FC接口以及光子晶体光纤输出的光纤适配器。所述光子晶体光纤是指NKT Photonics公司生产的单模大模场LMA-8型光子晶体光纤，空气孔可以直接作为微流体通道，且空气孔内壁上沉积金属纳米薄膜，金属薄膜能够增强传感器的表面等离子体共振效应。LMA-8型光子晶体光纤可以直接通过光纤适配器与法兰盘进行连接。本发明的目的在于提供一种基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感装置及方法，采用该装置及方法，当微流体流经镀膜的包层气孔时，不同物质折射率值的变化能够引起透射损耗峰的变化，这个过程可以得到检测。本发明通过下述技术方案加以实现。一种基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感装置，其技术特征在于该传感器包括一个连续宽带光源及光纤耦合输出组件1，一条 SMA905转FC接口跳线2，一个光纤耦合组件3，一条LMA-8型光子晶体光纤4，一套光谱探测装置5。采用上述的基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感装置，其特征在于包括以下过程溴钨灯作为连续宽带点光源11，灯泡功率150W，能够提供250 2700nm的宽带光谱。配合LSP-T150型稳流电源，能够提供稳定的输出光源。经过一个聚焦透镜12耦合进一条SMA905转FC接口跳线2中，经过跳线后，400 IlOOnm波长范围内的功率可以达到 1. 64mW。LMA-8型光子晶体光纤在较宽波长范围内的传输损耗都很小，在光谱仪能够探测的波段(600 1700nm)，损耗均小于10dB/km，其包层直径为125士5 μ m，芯径8. 5 + 0. 3ym, 模场直径7士 1 μ m，空气孔间距Λ = 5.6 μ m，直径d = 2. 576 μ m，包层由七层空气孔组成， 其中第七层空气孔不完整，只作为第六层空气孔的补充。这种光子晶体光纤突出的优点就是包层直径与普通单模光纤一致，能够直接接光纤适配器，并通过法拉盘与其他光纤连接。 连续宽带光耦合进入光子晶体光纤中，当不同待测微流体流经内壁镀有金属薄膜的光子晶体光纤时，光谱探测器探测到的损耗峰就会产生变化，整个过程就能够被检测出来。本发明的优点在于，整个系统具有灵敏度高、不带电、抗干扰能力强、体积小，质量轻，结构紧凑、能够实时监测反应动态过程等优点，可以被广泛应用于生化反应中的监控和过程检测以及生物工程、临床医学等方面。
权利要求
1.一种基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，其特征是，包括连续宽带光源以及光纤耦合输出组件、SMA905转FC接口跳线、光纤耦合组件、光子晶体光纤、光谱探测装置，光子晶体光纤一端连接光纤耦合组件，一端连接光谱探测装置，SMA905转FC接口跳线的SMA905接口一端连接连续宽带光源及光纤耦合输出组件，FC接口一端通过法兰盘连接到光纤耦合组件。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征是，所述连续宽带光源以及光纤耦合输出组件为一溴钨灯点光源发出的宽带连续光经过一聚焦透镜入射到SMA905转FC接口跳线， SMA905转FC接口跳线数值孔径范围是0. 4-0. 5。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征是，所述光纤耦合组件是指通过法兰盘连接 SMA905转FC接口跳线的FC接口以及光子晶体光纤输出端的光纤适配器。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征是，所述光子晶体光纤是，空气孔可以直接作为微流体通道，且空气孔内壁上沉积金属纳米薄膜，金属薄膜能够增强传感器的表面等离子体共振效应，光子晶体光纤直接通过光纤适配器与法兰盘进行连接。
全文摘要
本发明涉及光纤传感、生物微流体检测领域。为提供一种灵敏度高、耦合损耗小的光纤传感器，本发明采用的技术方案是基于光子晶体光纤表面等离子体共振传感器，包括连续宽带光源以及光纤耦合输出组件、SMA905转FC接口跳线、光纤耦合组件、光子晶体光纤、光谱探测装置，光子晶体光纤一端连接光纤耦合组件，一端连接光谱探测装置，SMA905转FC接口跳线的SMA905接口一端连接连续宽带光源及光纤耦合输出组件，FC接口一端通过法兰盘连接到光纤耦合组件。本发明主要应用于生物微流体检测。
文档编号G01N21/55GK102353655SQ201110190079
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者伏祥勇, 姚建铨, 邴丕彬, 陆颖 申请人:天津大学