[发明专利]一种对称级联结构光纤SPR检测器

说明书

本发明公开了一种对称级联结构光纤SPR检测器，由输入单模光纤，无芯光纤，输出单模光纤，空气微腔，金膜层组成。其中，空气微腔位于无芯光纤中心，金膜镀于无芯光纤外表面。宽带光源发出的光经输入单模光纤到达单模光纤与无芯光纤界面时，耦合成为多种模式并在无芯光纤中传输，到达空气微腔界面时，再次耦合成为沿腔壁传输的传导模式。腔壁模式在无芯光纤与金膜界面激发出SPR信号，通过检测SPR信号的波长和强度，即可实现对外部物理量（如折射率）的测量。该检测器通过优化微腔直径、无芯光纤长度获得较强的SPR信号强度和较低的检测极限，同时具有结构简单、机械强度高的优点，在液态样品无损化检验领域具有广阔前景。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种对称级联结构光纤SPR检测器，可广泛推广于液态样品缺陷检测、药物筛选等领域。

背景技术

对于液体样品的品质检测，在许多领域有着广阔应用。医学角度来看，液体药物在整个药物市场占比超百分之三十，而液体药物缺陷检测参数如浓度、折射率等实为评价未知含量药物的一类重要指标，在企业生产过程中也是质检的一个重要环节。市场上通常使用基于图像处理技术的机器视觉方法辨析优劣，然而该方法基于体积庞大的检测设备和专业化程度要求较高的操作人员，具有一定局限性和较高的设备成本。而且，在一些不需要高精度含量检测的条件下，该方法程序繁琐，导致市场流通率低，不利于推广。其他领域可见一斑。

SPR效应是指当光在金属和介质界面处产生呈指数形式衰减的倏逝波时，一旦该倏逝场满足纤芯外镀金属中等离子体的共振条件，这部分能量将转化成表面等离子体波的震荡能量的现象。基于表面等离子体共振的光纤传感器通过检测光波在金属层和介质层之间产生的倏逝场变化来对应研究金属层两侧介质的变化情况。现有的光纤SPR传感器通常利用拉制工艺来满足波长相位匹配条件，且传感器各部分结构较复杂，不同芯径的光纤熔接次数多，对加工工艺要求高，附加损耗大大增加，因此，如何增强SPR信号强度，并通过简化传感器各部分结构和材料来从源头上降低加工工艺要求，是一个亟待解决的问题。

发明内容

为克服上述问题，本发明提出一种对称级联结构光纤SPR检测器，该检测器能够在增强SPR信号强度的基础上简化结构参数，具有结构简单、机械强度高的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对称级联结构光纤SPR检测器，包括输入单模光纤(1)，无芯光纤(2)，输出单模光纤(3)，空气微腔(4)，金膜层(5)形成级联SPR检测器。所述输入单模光纤(1)右端与无芯光纤(2)左端熔接，无芯光纤(2)右端与输出单模光纤(3)熔接，所述无芯光纤(2)内部中心位置有空气微腔(4)，外表面镀有金膜层(5)。利用空气微腔(4)和外镀金膜层(5)，同时优化无芯光纤(2)所用长度，来增强产生的SPR信号，外部接收器分析SPR信息，实现对外部溶液的自身物理量的测量。

本发明所述的输入单模光纤(1)和输出单模光纤(3)的纤芯直径为8.4μm，折射率为1.4629，包层直径为125μm，折射率为1.4682。

本发明所述的无芯光纤(2)长度为13800μm，直径为125μm，折射率为1.4446。

本发明所述的空气微腔(4)直径为90μm，球心位于无芯光纤(2)径轴中心处。

本发明所述的金膜层(5)镀于无芯光纤(2)外表面，厚度为50nm。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用全光纤通道，通过优化微腔直径、无芯光纤长度获得较强的SPR信号强度和较低的检测极限，保证了不同外界折射率下对光的高回收率，同时具有结构简单、机械强度高的优点。

2.相比市面上同类型光纤传感器，本发明各部分结构简单，熔接次数少，可大幅度降低因为复杂加工问题带来的传感器的附加损耗，成本低，使用可重复性高。