[发明专利]硫系纤维、红外倏逝波传感器及其制作过程

说明书

本发明涉及使用倏逝红外波的硫系纤维传感器。

硫系玻璃是具有低熔融温度和低玻璃化转变温度的玻璃，所述玻璃是高原始材料，难以被合成及控制。它们的性能极大地扩展了纤维倏逝波光谱传感器（FEWS）的灵敏度。更加确切地说，这些含有硫、硒和/或碲的玻璃允许光线通过宽的红外波长范围，对于传统氧化玻璃则不是如此。另外，材料的玻璃特性允许在其中形成以制造光纤。最后，它们是涉及到化学元素的玻璃，这些化学元素在元素周期表中十分接近，因此彼此之间保持了高度共价键。化学键的这种特性使得材料疏水，当它们在高含水介质如生物样品中被作为传感器使用时，这一点最具正面意义。

这个传感器的一个有效应用领域为生物医学领域。

J.Keirsse、C.Boussard-Plédel、O.Loréal、O.Sire、B.Bureau、P.Leroyer、B.Turlin和J.Lucas在Vibrational Spectroscopy 32（2003）上第23到32页的文献“IR optical fiber sensor for biomedical applications”描述了所述传感器在中红外范围中的原理。在这个设备中，单纤维Te₂As₃Se₅被作为波导和检测元件使用。这个纤维具有范围为800至4000cm^-1的谱窗。为了提高这个传感器的灵敏度，它的直径局部地减小以创造接触被分析的样本的锥形U形检测区。这个纤维的400微米直径在这个检测区中减到100微米。该纤维结合到FTIR光谱仪上。测量的原理是发送红外波进入纤维，该红外波通过在纤维外表面上连续不断地反射沿着纤维传播。在检测区中与样本接触，沿着纤维外壁传播的倏逝波被目标物质部分地吸收。光谱仪分析在纤维另一端接收的波以此推断在样本上的信息。

Pierre Lucas、Mark R.Riley、Catherine Boussard-Plédel和Bruno Bureau在Analytical Biochemistry（2006）第1到第10页上的文献“Advances in chalcogenide fiber evanescent wave biochemical sensing”描述了硫系纤维传感器，其详述了纤维的曲率半径取决于它的直径并且100微米的纤维可以达到2厘米。

由该传感器产生的问题是其紧凑性的缺乏、脆性和检测区的低灵敏度。

本发明试图获得这样一种传感器，其使用至少一个硫系玻璃纤维，通过倏逝波吸收原理运行，该传感器结构紧凑，具有鲁棒性，并且对目标分子的中红外信号敏感。

本发明的第一个主题是符合这些标准的传感器，其包括允许至少在0.8和25微米之间的一个红外波长中红外线的传播的至少一个纤维，并且向外产生倏逝波以检测外界介质的红外信号，所述至少一个纤维是XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或这些成分中两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中两种或多于两种的混合物，

该纤维在其长度上接连地包括引导红外波的第一纤维段；至少一个具有检测功能的第二纤维段并且其趋向于接触外界介质以检测扰动沿着纤维传播的倏逝波传播的红外信号；以及引导红外波的第三纤维段，

其特征在于

在具有检测功能的第二纤维段中，该纤维由至少一个曲率半径局部地小于2.3毫米的弯曲部分形成。

意想不到的是，由于这个小曲率半径，传感器在接触带处的灵敏度增加了。

根据本发明的一个实施方案，第二纤维段（25）的弯曲部分在试图将属于弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上的机械压缩强度等于或高于1N。

根据本发明的一个实施方案，所述至少一个弯曲部分具有的纤维曲率半径等于或小于1毫米。

根据本发明的一个实施方案，第一纤维段（23）和第三纤维段通过垂直于纤维长度的小于2.8mm的宽度与对方相隔，并且占据了垂直于纤维长度的小于2.8mm的宽度的空间。

根据本发明的一个实施方案，弯曲部分（28）包括绕组。

根据本发明的一个实施方案，弯曲部分（28）包括拥有至少一个线匝的绕组，

第二纤维段（25）的弯曲部分在试图将属于弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或高于1N每线匝。

根据本发明的一个实施方案，在绕组中纤维的至少一个横向尺寸（D1）小于在第一和第三段中纤维的至少一个横向尺寸（D2）。