一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器的制作方法

本实用新型涉及折射率传感器技术领域，特别涉及一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器。

背景技术：

微纳结构由于具有独特的光学特性成为当前光电功能材料与器件的研究热点，周期性微纳结构在光子集成技术、隐身材料、超分辨率成像、电磁波吸收体、辐射调制、光电探测、传感测量等方面具有重要的应用前景。微结构所激发出的表面等离激元可以突破光的衍射极限同时引起局域电场的增强，增强光的电场分量对外部环境异常敏感，可以用于各类传感装置。

折射率是物质一个很重要的物理特性，通过测量材料的折射率，可以得到材料的光学性质、色散、浓度等物理量。在生物检测领域，通常将样品制成溶液，通过检测溶液折射率微小的变化来获得其各种性质和参数，因此折射率传感器具有重要的现实作用。但是，传统的电子传感器灵敏度还较低、响应速度慢、体积较大，难以在复杂电磁环境下工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其使用全光工作，没有电信号参与，可以在复杂电磁环境下工作。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，包括铝反射层，所述铝反射层的两侧设有氧化铝支撑层，氧化铝支撑层上从下至上依次设有氧化铝介质层以及铝圆孔阵列，铝反射层、氧化铝支撑层和氧化铝介质层围成供折射率溶液通过的通道。

更进一步地，还包括一段光纤，所述光纤上开有槽口，铝圆孔阵列一侧靠近槽底放置于槽口中；光纤一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。

更进一步地，光纤入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片。

更进一步地，光纤与光谱分析仪之间设有另一偏振片。

更进一步地，铝圆孔阵列为六角密排的周期性铝纳米圆孔阵列。

更进一步地，铝反射层为300nm厚。

更进一步地，氧化铝介质层为50nm厚。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

基于微纳结构的光检测传感技术由于具有灵敏度高、操作性强、不受电磁干扰、高集成优点成为研究热点。本专利提出一种反opal结构的光子晶体结构修饰光纤形成液体折射率传感，在可见光范围能实现液体的折射率传感。使用全光工作，没有电信号参与，可以在复杂电磁环境下工作，通过流过液体折射率的改变，实现工作波长的漂移。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中铝圆孔阵列部分的结构示意图；

图3是本实用新型中工作原理示意图；

图4是本实用新型的使用状态示意图；

图5是折射率传感性能示意图。

图中，1-1、铝圆孔阵列；1-2、铝反射层；2-1、氧化铝介质层；2-2、氧化铝支撑层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本实用新型的限制。

一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，如图1所示，包括300nm厚的铝反射层1-2，铝反射层1-2的两侧通过1nm的ti粘接固定有高500nm氧化铝支撑层2-2，氧化铝支撑层2-2上从下至上依次通过1nm的ti粘接有50nm厚的氧化铝介质层2-1以及50nm厚的铝圆孔阵列1-1，铝反射层1-2、氧化铝支撑层2-2和氧化铝介质层2-1围成供折射率溶液通过的通道。

如图2所示，铝圆孔阵列1-1为六角密排的周期性铝纳米圆孔阵列，其尺寸为300μm*100μm，圆孔阵列由电子束刻蚀而成即任一圆孔与和它相邻的六个圆孔之间的间距相同，相邻圆孔圆心之间的距离为400nm，圆孔半径120nm。

如图3所示，还包括一段光纤（图中未示出），光纤上开有槽口，铝圆孔阵列1-1一侧靠近槽底放置于槽口中，其可通过1nm的ti粘接固定于槽底，亦或者在槽底直接进行制备，且氧化铝介质位于光纤外；光纤一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。将带有槽口的小段光纤浸润到折射率溶液中，使得折射率溶液进入铝反射层1-2、氧化铝支撑层2-2和氧化铝介质层2-1围成的通道内，线偏振光从光纤一端射入，并在光纤内不断发射，部分通过铝圆孔阵列1-1和氧化铝介质层2-1，进入折射率溶液通过的通道内，并在铝反射层1-2作用下反射，再重新进入光纤，不断反射后从另一端射出，由光谱分析仪进行分析。

光纤入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片，为了防止光纤内部有限不确定性因素干扰，光纤与光谱分析仪之间还设有另一偏振片。

装置的制造及使用方法：

1.在300nm厚的铝反射层1-2上覆盖聚苯乙烯，铝反射层1-2上位于聚苯乙烯两侧的位置上覆盖有氧化支撑层；

2.在聚苯乙烯和氧化铝支撑层2-2上覆盖50nm厚的氧化铝介质层2-1，而后，使用胶体球刻印技术制备反opal结构光子晶体结构，即六角密排的周期性铝纳米圆孔阵列；

3.用酸将聚苯乙烯刻蚀，形成供折射率溶液流过的通道；

4.使用pmma将整体转移至光纤侧面形成光纤液体折射率传感器，具体包括使用pmma把样品铝反射层1-2一侧包起来，转移到光纤后，再刻掉pmma；折射率溶液从铝反射层1-2、氧化铝支撑层2-2和氧化铝介质层2-1围成的通道中间流过；

5.将带有槽口的小段光纤浸润到折射率溶液中，使用宽光源配合偏振片，使得线偏振光进入光纤，并在光纤内不断发射，部分线偏振光从铝圆孔阵列1-1一侧进入装置，通过折射率溶液后在铝反射层1-2作用下反射，再重新进入光纤，不断反射后从另一端射出，最后通过另一偏振片后由光谱分析仪对折射率进行传感测量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，不用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型技术方案的保护范围内。

技术特征：

1.一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：包括铝反射层（1-2），所述铝反射层（1-2）的两侧设有氧化铝支撑层（2-2），氧化铝支撑层（2-2）上从下至上依次设有氧化铝介质层（2-1）以及铝圆孔阵列（1-1），铝反射层（1-2）、氧化铝支撑层（2-2）和氧化铝介质层（2-1）围成供折射率溶液通过的通道。

2.根据权利要求1所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：还包括一段光纤，所述光纤上开有槽口，铝圆孔阵列（1-1）一侧靠近槽底放置于槽口中；光纤一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。

3.根据权利要求2所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：光纤入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片。

4.根据权利要求3所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：光纤与光谱分析仪之间设有另一偏振片。

5.根据权利要求1所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：铝圆孔阵列（1-1）为六角密排的周期性铝纳米圆孔阵列。

6.根据权利要求1所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：铝反射层（1-2）为300nm厚。

7.根据权利要求1或6所述的一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，其特征在于：氧化铝介质层（2-1）为50nm厚。

技术总结
本实用新型公开了一种反蛋白石光子晶体结构修饰的光纤液体折射率传感器，涉及折射率传感器技术领域，解决了传统的电子传感器灵敏度还较低、响应速度慢、体积较大，难以在复杂电磁环境下工作的问题。包括铝反射层，所述铝反射层的两侧设有氧化铝支撑层，氧化铝支撑层上从下至上依次设有氧化铝介质层以及铝圆孔阵列，铝反射层、氧化铝支撑层和氧化铝介质层围成供折射率溶液通过的通道。达到了使用全光工作，没有电信号参与，可以在复杂电磁环境下工作的效果。

技术研发人员：花小敏;周鹏;郑改革;卢希;邹秀娟
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2019.10.31
技术公布日：2020.07.14