一种纤维集成多螺旋芯光纤spr传感阵列芯片的制作方法
【专利摘要】本发明一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，属于光纤传感技术领域，具体涉及的是一种可以广泛应用于生物传感、化学分析、药品研发、食品安全、环境监测、医学诊断等领域的纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片。由光纤包层1、双芯或多芯光纤拉锥耦合区2、D型抛磨面3、一定厚度的金纳米膜4、中心纤芯5、偏心纤芯6组成，该传感芯片中的各个传感单元具有不同SPR谐振角，可实现一次性同时对样品中多种不同物质进行分析和检测，从而克服了传统检测技术操作复杂，自动化程度低、检测效率低等在先技术的不足。
【专利说明】
-种纤维集成多螺旋巧光纤SPR传感阵列巧片
技术领域
[0001] 本发明属于光纤传感技术领域，具体设及的是一种可W广泛应用于生物传感、化 学分析、药品研发、食品安全、环境监测、医学诊断等领域的纤维集成多螺旋忍光纤SH?传感 阵列忍片。
【背景技术】
[0002] 光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器结合了多螺旋 忍光纤技术与超高灵敏度的SH?传感技术，可实现实时监测、远程传输的功能。表面等离子 体共振传感器对界面处介质成分的微小变化非常敏感，已广泛应用于在表面检测、生物医 学、环境监测等诸多领域。上世纪90年代第一根光纤表面等离子体共振传感器(FO-SPR)制 成，表现出抗干扰、集成性好、微样本测量、实时监测、装置经济、多通道测量等优点。如今， 设计具有灵敏度高，满足灵活性、实用性要求的光纤SH?传感器已成为国内外传感器领域的 研究热点。
[0003] 光纤SPR传感器是利用表面等离子体激元共振原理，采用光纤作为导光介质制作 而成的光学传感器。其利用入射光在纤忍界面处发生全反射而产生的倏逝波，在一定条件 下，与金属表面自由电子产生的表面等离子体波(surface plasmon wave,SPW)发生共振现 象，使得入射光的能量被吸收，继而导致反射光能量的指数衰减，并在反射光的能量曲线上 表现出共振峰。当处于金属薄膜表面的待测介质发生变化时，会引起共振峰的变化，进而可 W通过分析共振峰的位置来计算介质的变化。纤维集成多螺旋忍光纤SPR传感忍片将多螺 旋忍光纤技术与超高灵敏度的SH?传感技术进行了有效的结合，融合了光纤和SPR传感器的 诸多优点于一体。
[0004] 在过去的二十多年中，W德国物理学家化to和Kretschmann分别设计出了 W棱镜 为基体，采用衰减全反射(Attenuate Total Reflection,ATR)激发Sra效应的模型为基础 的SH?测量装置。由此，基于表面等离子体的研究及其应用得到了越来越多的关注，目前基 于Kretschmann结构的Sra分析仪已经商业化。但是运些设备由于具有体积大、不适合远程 遥测、信号易受机械振动影响导致系统测试结果不稳定等问题而制约了该技术的广泛应 用。
[0005] 在光纤传感领域，人们一直在不断追求探索高分辨率、微型化和阵列化的传感技 术。随着传感技术的不断发展，各种结构和功能的传感器不断涌现。文献(Biosensors and Bioelectronics ,0956-5663,2013,45卷，230-236页）中提出基于氧化石墨締涂抹在纳米金 膜上的表面等离子体共振传感器，W提高传感器的灵敏度，得到的了较满意的效果。文献 (Anal^ical Chemis化y，0003-2700,2005,77卷，13期，4282-4285页）中，利用分子印迹聚 合物嵌入在金纳米膜中，实现了共振效应的增强。上述研究虽然取得了一定的效果，但是工 艺过程复杂，难W被广泛应用。文献(Optics Letters，0146-9592,2015,40卷，12期，2826- 2829页）中，提出了一种采用双忍光纤的基模传输的光纤SI?传感器，将双忍光纤磨成锥模 形状，在端面上锻有50nm厚度的金膜，灵敏度达到了 6463nm/RIU。
[0006] 此外，申请号为201010034270.6的发明专利提出一种表面等离子共振传感器忍片 组件及柱面棱镜忍片，具有一体化的柱面棱镜忍片、流池和流池盖，大幅提高了 SH?传感器 检测效率，但是由于采用了棱镜作为组件，体积大，限制其应用范围。申请号为 201010239909.4的发明专利，提出了一种基于表面等离子体共振与生物传感水的忍片，该 发明可W-次性检测出水体中多种不同物质成分的浓度，提高了水体检测效率，但是其要 求扩束镜、起偏器、等腰直角棱镜、四分之一波片、检偏器等器件必须严格满足一定的位置 关系，因此不适合广泛的应用。申请号为201420606299.0的实用新型专利提出一种基于SPR 的高灵敏度宽测量范围的折射率传感器，该SH?传感器利用光刻蚀技术在侧边抛磨单模光 纤的残余包层形成的微流通道来增强SH?效应，是一种低成本的传感器。2005年，美国亚利 桑那州立大学的Soame Banerji等人在国际期刊化tics Letters上发表的文章指出，利用 基于光纤的SH?双传感通道的传感器可实现2X ICT4RIU分辨率的测量，折射率的测量范围 1.328~1.346,灵敏度为1.8 X ICT2RIUd该文中，在实验前需要在一个锻金膜的传感区锻聚 合物，而且厚度IOOnm需要严格控制，加工工艺和传感结构相对较为复杂。
[0007] 本发明根据现代传感领域的需求并结合已有的SH?传感器的优点，提出一种新型 结构的纤维集成多螺旋忍阵列SH?传感忍片。该传感忍片中的各个传感单元具有不同SHU皆 振角，可实现一次性同时对样品中多种不同物质进行分析和检测，从而克服了传统检测技 术操作复杂，自动化程度低、检测效率低等在先技术的不足。本发明所采用的螺旋忍光纤结 构，纤忍的弯曲结构建构在光纤的内部，通过合理的设置几何参数和物理参数，可W有效的 将高阶模式去除，实现单模传输与传感，具有分辨率高、稳定性好的测量的特点，而且在进 行传感测量时无需对光纤进行弯曲，操作简单，相比传统的SPR传感器有更大的性价比。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种可W广泛应用于生物传感、化学分析、药品研发、食品 安全、环境监测、医学诊断等领域的纤维集成多螺旋忍光纤SPR传感阵列忍片。
[0009] 本发明的目的是运样实现的：
[0010] -种纤维集成多螺旋忍光纤SPR传感阵列忍片，由光纤包层1、双忍或多忍光纤拉 锥禪合区2、D型抛磨面3、一定厚度的金纳米膜4、中屯、纤忍5、偏屯、纤忍6组成，所述的纤维集 成多螺旋忍SPR传感阵列忍片，是采用双忍或多忍光纤，借助于热融旋转技术制备成多螺旋 忍光纤后，再通过采用光纤侧面研磨抛光的方法使多个光纤忍裸露;最后，采用瓣射法在光 纤忍裸露处瓣射上金纳米膜的方法制作而成的；采用双忍或多忍光纤，借助于热融旋转技 术制备出渐变螺距的螺旋忍光纤结构，从而可W形成一系列螺距倾角渐变的螺旋忍光纤， 等效于多个不同螺距的光纤的级联。
[0011] 对运种螺距渐变的多螺旋忍光纤，进行侧面研磨抛光，然后采用瓣射法在该抛磨 平面上制备金纳米膜，从而可W获得多个SH?传感单元，由于运些传感单元具有不同的SPR 共振激发角，因而构成了一个集成的阵列SPR传感器忍片。
[0012] 在偏双忍或多忍螺旋光纤的一端采用烙融拉锥禪合技术，焊接一段标准单模光 纤，并在焊点处实施烙融拉锥，从而实现了光波从中屯、纤忍禪合注入到每个螺旋光纤忍的 目的；
[0013] 螺距不等的多螺旋忍光纤中，每一条单个螺旋纤忍构成了沿着运个纤忍的纵向空 分复用SH?传感阵列，运种空分复用的实质是由于SHU皆振角度的不同而实现的波分复用， 因而可W通过波长扫描的办法实现传感器阵列的解调;而多条并行的多个螺旋纤忍则构成 了横向并行的空间分离和螺距渐进的空分复用SPR传感阵列。
[0014]在出射端锻制反射膜，从而可进一步构成多路集成的并行Michelson干设仪阵列， 反射回来的光会进行波长匹配干设，即形成了相位敏感型阵列SPR传感忍片。
[001日]在出射端进行二次拉锥禪合，从而可进一步构成多路集成的并行Mach-Zehnder干 设仪阵列，透射光会进行波长匹配干设，即形成了相位敏感型阵列SPR传感忍片。
[0016] 本发明的有益效果在于：
[0017] 本发明根据现代传感领域的需求并结合已有的SH?传感器的优点，提出一种新型 结构的纤维集成多螺旋忍阵列SH?传感忍片。该传感忍片中的各个传感单元具有不同SHU皆 振角，可实现一次性同时对样品中多种不同物质进行分析和检测，从而克服了传统检测技 术操作复杂，自动化程度低、检测效率低等在先技术的不足。本发明所采用的螺旋忍光纤结 构，纤忍的弯曲结构建构在光纤的内部，通过合理的设置几何参数和物理参数，可W有效的 将高阶模式去除，实现单模传输与传感，具有分辨率高、稳定性好的测量的特点，而且在进 行传感测量时无需对光纤进行弯曲，操作简单，相比传统的SPR传感器有更大的性价比。
【附图说明】
[0018] 图1(a)是基于偏双忍光纤制备成的纤维集成双螺旋忍阵列SH?传感忍片结构示意 图。
[0019] 图1(b)是基于偏双忍光纤制备成的纤维集成双螺旋忍阵列SPR传感忍片构成的 Mach-Zehnder干设仪的结构示意图。在出射端进行二次拉锥禪合，形成了Mach-Zehnder干 设仪结构，进而形成了相位敏感的SPR传感忍片。
[0020] 图2(a)是基于对称=忍光纤制备成的纤维集成=螺旋忍阵列SH?传感忍片构成的 Michelson干设仪的结构示意图。
[0021] 图2(b)是基于对称=忍光纤制备成的纤维集成=螺旋忍阵列SH?传感忍片构成的 Mach-Zehnder干设仪的结构示意图。
[0022] 图3基于具有中间忍的四忍光纤制备成的纤维集成四螺旋忍阵列SPR传感忍片的 结构示意图。
[0023] 图4是基于屯忍光纤制备成的纤维集成屯螺旋忍阵列SPR传感忍片的结构示意图。
[0024] 图5是基于不具有中屯、纤忍的对称分布的双忍光纤制备成的纤维集成多螺旋忍阵 列SPR传感忍片的结构示意图。
[0025] 图6是基于不具有中屯、纤忍的对称分布的=忍光纤制备成的纤维集成多螺旋忍阵 列SPR传感忍片的结构示意图。
[0026] 图7是基于不具有中屯、纤忍的对称分布的四忍光纤制备成的纤维集成多螺旋忍阵 列SPR传感忍片的结构示意图。
[0027] 图8是基于不具有中屯、纤忍的对称分布的六忍光纤制备成的纤维集成多螺旋忍阵 列SPR传感忍片的结构示意图。
[0028] 图9是采用掩模化学蚀刻的方法进行局部的去除，制备的SPR阵列传感忍片结构示 意图。
[0029] 图10是采用紫外激光或飞秒激光微加工技术，在多螺旋忍光纤表面实施选择性的 局部微槽加工，制备的SPR传感器结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0031] 本发明公开的是一种纤维集成多螺旋忍阵列SPR传感忍片。光纤包层1、双忍或多 忍光纤拉锥禪合区2、D型抛磨面3、一定厚度的金纳米膜4、中屯、纤忍5、偏屯、纤忍6组成。本发 明所提出的运种纤维集成多螺旋忍阵列SH?传感忍片，是基于光纤的新型结构SPR传感器阵 列，将高灵敏度的SPR传感技术与多忍螺旋光纤技术结合起来，发明了一种具有不同出射角 的阵列SH?传感器，可实现一次性同时对样品中多种不同物质进行检测和分析的目的，从而 克服了传统检测技术操作复杂，自动化程度低、检测效率低等不足。本发明采用螺旋忍光纤 结构，纤忍的几何弯曲结构是建构在光纤的内部，通过优化设置几何参数和物理参数可W 有效的将高阶模式去除，实现单模传输，从而获得高分辨率、高稳定性的测量结果。而且通 过调整螺旋忍光纤的几何参数可W得到各种SPR共振角，进而满足不同的测量需求。本发明 在保留了全光纤SPR传感器阵列体积小、不易受外界环境影响的同时，还具有制作简单、适 合于批量规模化生产的特点。该光纤SH?传感器阵列忍片使用方便、可W广泛应用于生物传 感、化学分析、药品研发、食品安全、环境监测、医学诊断等领域。
[0032] 本发明除了适用于具有中屯、纤忍的双忍、S忍、四忍、屯忍光纤外，还可W适用于 不具有中屯、纤忍的对称分布的双忍、=忍、四忍、六忍光纤。
[0033] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，除了可W采用侧面实施的平面研磨抛光 方法外，还可W采用掩模化学蚀刻的方法进行局部的去除，从而使多个螺旋光纤忍裸露，进 而进行金纳米膜的锻制，从而制备出SPR阵列传感忍片。
[0034] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，采用了单个侧面实施平面的研磨抛光， 不违背本发明的精神，还可W采用多个侧面实施平面的研磨抛光，从而进一步增加 SH?传感 器阵列单元的个数，提高光纤SPR忍片传感单元的总数。
[0035] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，不违背本发明的精神，还可W采用紫外 激光或飞秒激光微加工技术，在多螺旋忍光纤表面实施选择性的局部微槽加工，从而使多 个螺旋光纤忍裸露，运些微槽可W是沿着光纤纵向阵列开槽，也可W横向围绕光纤表面横 向阵列开槽，还可W沿着整个光纤表面制备出阵列槽，进而进行金纳米膜锻制，从而制备出 SPR阵列传感忍片。
[0036] 本发明所提出的运种纤维集成多螺旋忍阵列SH?传感忍片，是基于光纤的新型结 构SH?传感器阵列，将高灵敏度的SPR传感技术与多忍螺旋光纤技术结合起来，发明了一种 具有不同出射角的阵列SH?传感器，可实现一次性同时对样品中多种不同物质进行检测和 分析的目的，从而克服了传统检测技术操作复杂，自动化程度低、检测效率低等不足。本发 明采用螺旋忍光纤结构，纤忍的几何弯曲结构是建构在光纤的内部，通过优化设置几何参 数和物理参数可W有效的将高阶模式去除，实现单模传输，从而获得高分辨率、高稳定性的 测量结果。而且通过调整螺旋忍光纤的几何参数可W得到各种SH?共振角，进而满足不同的 测量需求。本发明在保留了全光纤SH?传感器阵列体积小、不易受外界环境影响的同时，还 具有制作简单、适合于批量规模化生产的特点。该光纤SH?传感器阵列忍片使用方便、可W 广泛应用于生物传感、化学分析、药品研发、食品安全、环境监测、医学诊断等领域。
[0037] -种纤维集成多螺旋忍光纤SPR传感阵列忍片。如图l(a)、2(a)、3和图4所示，它由 光纤包层1、双忍或多忍光纤拉锥禪合区2、D型抛磨面3、一定厚度的金纳米膜4、中屯、纤忍5、 偏屯、纤忍6组成。所述的纤维集成多螺旋忍SPR传感阵列忍片，是采用双忍或多忍光纤，借助 于热融旋转技术制备成多螺旋忍光纤后，再通过采用光纤侧面研磨抛光的方法使多个光纤 忍裸露;最后，采用瓣射法在光纤忍裸露处瓣射上金纳米膜的方法制作而成的。
[0038] 采用双忍或多忍光纤，借助于热融旋转技术制备出渐变螺距的螺旋忍光纤结构， 从而可W形成一系列螺距倾角渐变的螺旋忍光纤，等效于多个不同螺距的光纤的级联。对 运种螺距渐变的多螺旋忍光纤，进行侧面研磨抛光，然后采用瓣射法在该抛磨平面上制备 金纳米膜，从而可W获得多个SH?传感单元，由于运些传感单元具有不同的SPR共振激发角， 因而构成了一个集成的阵列SPR传感器忍片。
[0039] 在偏双忍或多忍螺旋光纤的一端采用烙融拉锥禪合技术，焊接一段标准单模光 纤，并在焊点处实施烙融拉锥，从而实现了光波从中屯、纤忍禪合注入到每个螺旋光纤忍的 目的。
[0040] 螺距不等的多螺旋忍光纤中，每一条单个螺旋纤忍构成了沿着运个纤忍的纵向空 分复用SH?传感阵列，运种空分复用的实质是由于SHU皆振角度的不同而实现的波分复用， 因而可W通过波长扫描的办法实现传感器阵列的解调;而多条并行的多个螺旋纤忍则构成 了横向并行的空间分离和螺距渐进的空分复用SPR传感阵列。
[0041] 在出射端锻制反射膜，从而可进一步构成多路集成的并行Michelson干设仪阵列， 如图2(a)所示。反射回来的光会进行波长匹配干设，即形成了相位敏感型阵列SPR传感忍 片。在出射端进行二次拉锥禪合，从而可进一步构成多路集成的并行Mach-Zehnder干设仪 阵列，如图l(b)、2(b)所示。投射光会进行波长匹配干设，即形成了相位敏感型阵列SH?传感 忍片。
[0042] 本发明除了适用于具有中屯、纤忍的双忍、S忍、四忍、屯忍光纤外，如图1(a)、图2 (a)、图3和图4所示。还可W适用于不具有中屯、纤忍的对称分布的双忍、=忍、四忍、六忍光 纤，如图5、图6、图7、图8所示。
[0043] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，除了可W采用侧面实施平面的研磨抛光 的方法外，还可W采用掩模化学蚀刻的方法进行局部的去除，从而使多个螺旋光纤忍裸露， 进而进行金纳米膜的锻制，从而制备出SPR阵列传感忍片，如图9所示。
[0044] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，采用了单个侧面实施平面的研磨抛光， 还可W采用多个侧面实施平面的研磨抛光，从而进一步增加 SH?传感器阵列单元的个数，提 高光纤SPR忍片传感单元的总数。
[0045] 本发明中为了使得局部螺旋光纤忍裸露，还可W采用紫外激光或飞秒激光微加工 技术，在多螺旋忍光纤表面实施选择性的局部微槽加工，从而使多个螺旋光纤忍裸露，运些 微槽可W是沿着光纤纵向阵列开槽，也可W横向围绕光纤表面横向阵列开槽，还可W沿着 整个光纤表面制备出阵列槽，进而进行金纳米膜的锻制，从而制备出SH?阵列传感忍片。如 图10所示。
[0046] 图1给出了基于偏双忍光纤制备的纤维集成双螺旋忍阵列SH?传感忍片结构示意 图。它由光纤包层1、双忍光纤拉锥禪合区2、D型抛面3、一定厚度的纳米金膜4、中屯、忍5、偏 屯、忍6组成。所述纤维集成双螺旋忍阵列SH?传感忍片，首先，采用双忍偏屯、光纤进行制备， 借助于热融旋转技术制备螺旋忍光纤;其次，采用光纤侧抛方法使光纤忍裸露;然后，采用 瓣射法制备纳米金膜。借助于热融旋转技术制备出渐变螺距的螺旋忍光纤结构，形成一系 列螺距倾角渐变的螺旋忍光纤，等效于多个不同螺距的光纤的级联。对制备好的螺距渐变 的螺旋忍光纤，进行侧面研磨抛光，采用瓣射法制备纳米金膜，制备成出射角不同的阵列 SPR传感器。在偏双忍螺旋光纤的一端采用烙融拉锥禪合技术，实现光的注入。
[0047] 为了求出共振角，下面给出数学描述。
[0048] 根据SH?产生的原理可知：当入射波的波矢满足一定的条件时，一部分能量通过金 属膜内的消逝波在金属与样品的分界面上传递给了表面等离子体波，此时，消逝波与表面 等离子体波发生了共振，共振时能量从光子转移到表面等离子体波，入射光的大部分能量 被表面等离子体波吸收，使得反射光的能量急剧减少。此时在反射光强的响应曲线上，可W 看到一个吸收峰，该吸收峰对应的入射光波长为共振波长Aspr，对应的入射角为共振角0spr。
[0049] 当纤忍中的光束(波矢k= ?/c)W0cDre角度入射到金属薄膜上，则其X方向上的波 矢可W表示为：
[00 加；
(1)
[0化1] Ecore为纤忍的介电常数。
[0052]对于绝大部分金属而言，其复介电常数的实部和虚部满足Ierl >Ei>l，则可知表 面等离子体波的波矢在X方向上的分量满足：
[0化3] 巧)
[0054] f 即：
[0化5] 侣)
[0056] ei、E2分别为金属和待测介质的介电常数。
[0057] 螺旋忍光纤是利用螺旋忍的等效曲率半径代替光纤的弯曲，等效曲率半径可W利 用下式讲巧宵.
[0化引
曲
[0059] 其中0为螺旋忍的轨迹角。综合公式（1)、（2)、（3)、（4)可^得到螺距与共振角的关 系，从而根据待测需求，对光纤进行扭转，得到不同出射角的SPR传感器阵列。
[0060] 实施例1:纤维集成S螺旋忍阵列SPR传感忍片的制备
[0061] 如图2(a)和图2(b)所示的分别为基于对称=忍光纤制备成的纤维集成=螺旋忍 阵列SH?传感忍片，=个光纤忍所形成的=条光波通道构成了=光束Michelson干设仪和= 光束Mach-Zehnder干设仪。
[0062] 如图2所示基于对称=忍纤维集成=螺旋忍阵列SH?传感忍片构成的Michelson干 设仪，其结构包括：宽带光源1、=端口光纤环形器2、信号处理单元3、光纤包层4、光纤拉锥 禪合区5、D型抛磨面6、一定厚度的纳米金膜7、光纤反射端8和对称分布的=个纤忍9组成。 其制作方法是:首先，采用对称分布的=忍光纤，借助于热融旋转技术制备螺旋=忍光纤； 其次，采用光纤侧抛方法使光纤忍裸露;然后，采用瓣射法制备纳米金膜，在光纤的另一端 锻有银膜实现对光信号的全反射，利用公知的光纤烙融拉锥技术和光纤烙接技术，将入射 光纤与=忍光纤进行烙接禪合并实施拉锥，构成光纤内=光束Michelson干设仪结构。
[0063] 实施例2:纤维集成多螺旋忍阵列SPR传感忍片的制备
[0064] 本发明除了适用于具有中屯、纤忍的双忍、S忍、四忍、屯忍光纤外，如图1(a)、图2 (a)、图3和图4所示。还可W适用于不具有中屯、纤忍的对称分布的双忍、=忍、四忍、六忍光 纤，如图5、图6、图7、图8所示。其制作方法与实施例1所述的方法相同，此不寶述。
[0065] 实施例3:多螺旋忍光纤表面局部去除的方法
[0066] 为了使得局部螺旋光纤忍裸露，除了可W采用侧面实施平面的研磨抛光的方法 夕h还可W采用掩模化学蚀刻的方法进行局部的去除，从而使多个螺旋光纤忍裸露，进而进 行金纳米膜的锻制，从而制备出SPR阵列传感忍片，如图9所示。
[0067] 为了使得局部螺旋光纤忍裸露，采用了单个侧面实施平面的研磨抛光，还可W采 用多个侧面实施平面的研磨抛光，从而进一步增加 SH?传感器阵列单元的个数，提高光纤 SPR忍片传感单元的总数。
[0068] 也可W采用紫外激光或飞秒激光微加工技术，在多螺旋忍光纤表面实施选择性的 局部微槽加工，从而使多个螺旋光纤忍裸露，运些微槽可W是沿着光纤纵向阵列开槽，也可 W横向围绕光纤表面横向阵列开槽，还可W沿着整个光纤表面制备出阵列槽，进而进行锻 制金纳米膜来制备SPR阵列传感忍片。如图10所示。
【主权项】
1. 一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，由光纤包层（I)、双芯或多芯光纤拉 锥耦合区（2)、D型抛磨面(3)、一定厚度的金纳米膜(4)、中心纤芯(5)、偏心纤芯(6)组成，其 特征在于:所述的纤维集成多螺旋芯SPR传感阵列芯片，是采用双芯或多芯光纤，借助于热 融旋转技术制备成多螺旋芯光纤后，再通过采用光纤侧面研磨抛光的方法使多个光纤芯裸 露;最后，采用溅射法在光纤芯裸露处溅射上金纳米膜的方法制作而成的;采用双芯或多芯 光纤，借助于热融旋转技术制备出渐变螺距的螺旋芯光纤结构，从而可以形成一系列螺距 倾角渐变的螺旋芯光纤，等效于多个不同螺距的光纤的级联。2. 根据权利要求1所述的一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，其特征在于： 对这种螺距渐变的多螺旋芯光纤，进行侧面研磨抛光，然后采用溅射法在该抛磨平面上制 备金纳米膜，从而可以获得多个SPR传感单元，由于这些传感单元具有不同的SPR共振激发 角，因而构成了一个集成的阵列SPR传感器芯片。3. 根据权利要求1所述的一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，其特征在于： 在偏双芯或多芯螺旋光纤的一端采用熔融拉锥耦合技术，焊接一段标准单模光纤，并在焊 点处实施熔融拉锥，从而实现了光波从中心纤芯耦合注入到每个螺旋光纤芯的目的。4. 根据权利要求1所述的一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，其特征在于： 螺距不等的多螺旋芯光纤中，每一条单个螺旋纤芯构成了沿着这个纤芯的纵向空分复用 SPR传感阵列，这种空分复用的实质是由于SPR谐振角度的不同而实现的波分复用，因而可 以通过波长扫描的办法实现传感器阵列的解调;而多条并行的多个螺旋纤芯则构成了横向 并行的空间分离和螺距渐进的空分复用SPR传感阵列。5. 根据权利要求1所述的一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，其特征在于： 在出射端镀制反射膜，从而可进一步构成多路集成的并行Michelson干涉仪阵列，反射回来 的光会进行波长匹配干涉，即形成了相位敏感型阵列SPR传感芯片。6. 根据权利要求1所述的一种纤维集成多螺旋芯光纤SPR传感阵列芯片，其特征在于： 在出射端进行二次拉锥親合，从而可进一步构成多路集成的并行Mach-Zehnder干涉仪阵 列，透射光会进行波长匹配干涉，即形成了相位敏感型阵列SPR传感芯片。
【文档编号】G01N21/552GK105954236SQ201610136679
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】苑立波, 何学兰, 张晓彤
【申请人】哈尔滨工程大学