一种基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置，包括：探针形式的光子晶体结构光纤，1×2光纤分束器，标准单模光纤，半导体激光器，光谱仪或者功率计。该装置具有结构简化，体积小，灵敏度高等特点。本实用新型主要应用于室温条件下微量生物样本的测量。
【专利说明】
一种基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置
技术领域
[0001 ]本实用涉及一种探针形式的光子晶体结构光纤传感装置。【背景技术】
[0002]在固体物理学中，固体的能带结构(又称电子能带结构)描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。在这些能带中可能存在带隙，意味着电子不能以该能量传播。光子晶体是折射率呈周期性分布的复合介质结构，其概念最早于1987年由John和Yablonovitch等人通过类比传统晶体的概念提出来的。在某些周期性介质结构中，特定频率的光及电磁波不能在其中传播，即存在类似于传统晶体中带隙的“光子带隙”，“光子晶体”名称也由此而来。在光子晶体引入缺陷后，会产生一种缺陷态。处于缺陷态的光会被限制在缺陷处，并随着距离缺陷位置距离的增加而呈指数衰减。光子晶体结构在传感方面具有很大应用前景。
[0003]光子晶体传感器具有以下优势:(1)无需对样品进行任何标记，实现的是无损探测；(2)探测的信号强度通常与样品量无关，仅取决于样品浓度，适合微量探测；(3)通过单片集成，可实现多信道同时测量以及系统微型化和多功能化，并降低功耗；(4)更好的稳定性和可靠性，有利于在恶劣环境下使用；(5)通过集成工艺实现规模化生产，可降低成本。
[0004]将光子晶体结构和光纤结合起来的传感器更是具有了传统光纤传感器的优势，比如径细、质软、重量轻的机械性能，可以探测人为无法到达的地方，同时又兼具了光子晶体传感器的优势。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置。将光子晶体结构附着在光纤的端面，利用光纤传播光子晶体发出的信号光，并且将光子晶体结构光纤做成探针形式。可以实现对被测样品，微量、精确、快速和实时的测量。
[0006]本实用新型设计的探针形式的光子晶体结构光纤传感装置，包括半导体激光器， 光谱仪或者功率计，标准单模光纤，1 X 2光纤分束器，以及具有探针形式的光子晶体结构光纤。
[0007]所述的激光器为单频激光器或频率可调激光器。当为单频激光器时，其中心波长为660纳米。当为可调激光器时，其频率需要覆盖附着在光纤端面的光子晶体结构的光子带隙频率。
[0008]所述的功率计为响应频率与可调激光器匹配的功率计。当激光器为频率可调激光器时需要选用。
[0009]所述的光谱仪为响应频率能覆盖附着在光纤端面的光子晶体结构的光子带隙频率的光谱仪。
[0010]所述的标准单模光纤为纤芯8.2微米，外径为125微米的SMF-28型光纤。[0〇11] 所述的光纤分束器为1 X 2结构，分束比为50:50的光纤分束器。
[0012]所述的光子晶体结构光纤为端面附着有光子晶体结构的SMF - 2 8型光纤。
[0013]所述的光纤靠近有光子晶体结构端面的部分被固定在光纤夹具中，端面在夹具之外。
[0014]所述的光子晶体结构材料既可以是无源型半导体光子晶体结构或者光子晶体结构微腔，也可以是有源型半导体光子晶体微腔结构。对于无源型半导体光子晶体结构，能够将照射在其表面的特定频率的激光高效地反射回去。对于有源型半导体光子晶体结构，照射在其表面的激光能够激发光子晶体微腔结构内部的有源结构，产生光致发光的现象。其中与微腔共振频率一致的光，会通过共振耦合作用离开光子晶体微腔结构，从而进入光纤中传播。【附图说明】
[0015]图1为本传感系统实例的结构示意图。
[0016]图2为图1中标号为1结构的剖面图。图中箭头所指是附着光子晶体结构的光纤端面局部放大图。
[0017]图内标号为:1、探针型光子晶体微腔结构光纤，2、待测样品，3、第一单模光纤，4、 第二单模光纤，5、第三单模光纤，6、光纤夹具，7、有源型半导体光子晶体微腔结构。【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的内容作进一步详细说明。
[0019]本例如图1所示，半导体激光器发出波长为66〇纳米的光，进入第二单模光纤4中传播，经过光纤通过分束比为50:50的光纤分束器，有部分光进入第一单模光纤3中传播，到达附着在第一单模光纤3端面的有源型半导体光子晶体微腔结构7。如图2所示，第一单模光纤 3靠近有光子晶体微腔结构7端面的部分被固定在光纤夹具6中，端面在光纤夹具6之外。波长为660纳米的激光，激发有源光子晶体内部的增益介质(量子点或者量子阱结构)，从而产生具有一定频率带宽的光。所产生的光在光子晶体结构内部形成共振。由于有源型半导体光子晶体微腔结构7处于待测样品2中，该共振频率强烈依赖于待测样品2。与光子晶体结构共振频率一致的光，通过共振耦合的作用离开光子晶体微腔结构，成为具有待测样品2特征的信号光。部分信号光通过第一单模光纤3,再经过光纤分束器和第三单模光纤5,被光谱仪收集。通过光谱仪识别信号光峰值所在的位置，既可判断待测样品2的成分。
[0020]上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、 等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置，包括探针形式的光子晶体结构光 纤，1 X 2光纤分束器，标准单模光纤，半导体激光器，光谱仪或功率计;其特征在于探针形式 的光子晶体结构光纤连接至1 X 2光纤分束器的输入端，1 X 2光纤分束器的一个输出端经由 标准单模光纤连接至半导体激光器，IX 2光纤分束器的另一个输出端经由标准单模光纤连 接至光谱仪或功率计。2.如权利要求1所述的基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置，其特征是所述的 探针形式的光子晶体结构光纤，是在端面有光子晶体结构的标准单模光纤;所述的光纤靠 近该端面的部分被固定在光纤夹具中。3.如权利要求2所述的基于探针形式的光子晶体结构光纤传感装置，其特征是所述的 光子晶体结构可以是基于无源型半导体的光子晶体结构，也可以是基于有源型半导体的光 子晶体微腔结构。
【文档编号】G01N21/39GK205580973SQ201520526448
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年7月16日
【发明人】王博文
【申请人】王博文