[发明专利]一种棱镜SPR高灵敏度光纤液体折射率传感器

说明书

技术领域

本发明属于基于SPR测量液体折射率的技术，特别是一种强度调制型棱镜SPR高灵敏度光纤液体折射率传感器。

背景技术

表面等离子体波共振效应(surface plasmon wave resonance(SPR))作为一种发生在金属与电介质界面的物理光学现象，它对环境介质折射率变化非常敏感。目前，基于SPR效应的传感器结构已被广泛应用于液态物质检测技术，如生化、环保监测、药品研制和食品安全等领域，并在基因突变的检测、生物分子反应动力学测定以及工业废水废气监控等取得重大进展。基于SPR的棱镜型传感器检测分析方法有4种：

(1)角度调制法，即单色光入射，改变入射角，检测反射光的归一化强度随入射角的变化情况，并记录反射光强度最小时的入射角，也就是共振角；

(2)波长调制法，即复色光入射，固定入射角而对反射光的光谱进行分析，得到反射率随波长的变化曲线，并记录共振波长；

(3)强度调制法，即入射光的角度和波长都固定，通过检测反射光强度的变化分析折射率的变化；

(4)相位调制法，即入射光的角度和波长都固定，观测入射光与反射光的相位差。

在这4种方法中，角度调制法需要昂贵的精密角度转动装置和控制系统，波长调制法需要复色光和昂贵的光谱分析装置，相位调制法需要一系列高频电路，这就使得它们的应用受到限制。强度调制法由于光源强度的波动以及光电接收器和放大电路存在着直流漂移，因此基于光强调制的方法测量样品折射率的精度会受到很大的限制，采用文献1[Zhang Zhi-wei，Wu Zhi-fang，Wen Ting-dun.Asimple model for measuring refractive index of a liquid based upon Fresnelequations.Chin.Phys.Lett，2007，24(11)：3133～3136]提出的建立模型的方法，就很容易克服这一缺点。

文献2[曾捷，梁大开，杜艳，曾振武.基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器.光电子·激光，2007，18(2)：159～163]是一种基于克莱切曼(Kretschmann)结构的新型棱镜SPR传感方法。这种传感方法中没有采用保偏光纤准直器和保偏光纤Y形耦合器，因此没法采用文献1提出的方法提高精度；也没有采用全反射棱镜使得一束测量光两次激励SPR，从而不能进一步提高灵敏度。总之，文献2这种方法在消除背景光干扰、消除光源强度波动影响和提高测量灵敏度方面存在不足。

发明内容

本发明的目的是克服现有基于SPR的棱镜型强度调制的传感器检测分析技术的不足和所要解决的技术问题，提供一种结构紧凑，工作方便，可以长距离使用的强度调制型棱镜SPR高灵敏度光纤液体折射率传感器。

一种棱镜SPR高灵敏度光纤液体折射率传感器，包括由脉冲激光器与脉冲信号发生器构成的激光发射装置、TM(或称P)光波产生和传输的装置、激励SPR装置、光波接收装置、放大与A/D转换及数据处理装置，其特征在于：所述的激励SPR装置是一束入射光两次激励SPR装置；所述的一束入射光两次激励SPR装置由等腰棱镜、金属薄膜及待测量液体介质构成的克莱切曼结构与全反射装置组成；其中：

●所述的TM光波产生和传输装置包含P光起偏器、TM光波保偏光纤准直器、Y形保偏光纤耦合器、传感光支路保偏光纤准直器与参考光支路保偏光纤准直器；

●所述的TM光波保偏光纤准直器、传感光支路保偏光纤准直器、参考光支路保偏光纤准直器与Y形保偏光纤耦合器之间通过保偏光纤连接器连接；

●所述的光波接收装置包含参考光支路光电转换器、收集光的光纤准直器与传感光支路光电转换器；

●所述的放大与A/D转换及数据处理装置包含放大器及A/D转换器和数据处理装置；