[发明专利]一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器

说明书

本发明公开了一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器，包括依次连接的宽带光源、微纳光纤、沟道阵列平板，以及与微纳光纤连接的波长检测单元；宽带光源用于光源的输入，即输入信号；微纳光纤设置在沟道阵列平板上，微纳光纤轴向与沟道阵列平板的阵列周期方向一致；沟道阵列平板的沟道阵列为周期性沟道阵列，其沟道通入液流，所述液流与微纳光纤接触，构成对微纳光纤的周期性调制，形成微纳光纤长周期光栅；波长检测单元用于输入信号的波长检测；本发明所述光栅折射率传感器，其谐振信号强度与波长由其平板沟道阵列中所通入液流的折射率所决定，能实现对液流折射率的高灵敏度测量，制作简单、成本低、调制灵活、复用能力强且具有良好的重复使用性。

技术领域

本发明涉及光纤光栅折射率传感的研究领域，特别涉及一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器。

背景技术

光纤折射率传感器可以通过光纤倏逝场实现传输光与液流的相互作用。以此为基础，光纤生化传感器利用光波在光纤与外环境界面处产生的倏逝波，将光纤表面的特异性生物化学反应信息通过折射率变化的方式反馈于光传输信号，因此，只要对光信号参量进行追迹便可以实现对生物化学量的免标记探测。这种检测方式只与待测物浓度有关，并不依赖样本总量，符合微量样本测量的发展趋势，同时其操作简便性和个体性有潜力实现原位现场检测，具有良好的应用基础和广阔的发展空间。

微纳光纤作为一种新型的倏逝场光学器件，自出现以来便引发了业内的广泛关注。一方面，其具有高比例倏逝场，对外界折射率的变化非常敏感。另一方面，微纳光纤相对常规光纤，直径减小了1个数量级，可以提供更大的表面积-体积比，更有利于生化目标的探测。此外，微纳光纤还具有结构灵活、通信系统兼容等优势，为光纤在生物医学传感领域提供了新的平台。

近几年，以微纳光纤为基础的各类折射率乃至生化传感器相继的被报道出来，如布拉格光栅传感器、模式干涉仪以及谐振器等。相比于前述的传感器，微纳光纤长周期光栅，即在微纳光纤轴向上构成百微米级周期性调制结构，将基模传输的光信号耦合至能量更分布于外层的高阶模，可以进一步增大倏逝场效应，提高折射率灵敏度。因此，各类永久性折射率调制型，如紫外激光、二氧化碳激光以及飞秒激光写制的微纳光纤长周期光栅不断被开发出来。

由于长周期光栅的调制周期在百微米甚至毫米级别，加工精度要求较低，因此可以借由微纳光纤的强倏逝场特性，采用更灵活地调制方法实现微纳光纤长周期光栅器件的制作：

美国斯坦福大学的S.Savin等人采用周期性压力平板实现了可调式机械控制长周期光纤光栅。C.Lee等人利用薄膜周期性包裹微纳光纤实现了长周期光栅。中国暨南大学的L.Sun等人利用微纳光纤缠绕结构行程了长周期光栅。H.Wang等人利用平板印压技术对微纳光纤构成周期性形变结构，实现了长周期光栅。中国吉林大学X.Zhang等人利用周期性点胶技术，实现了微纳光纤长周期光栅。中国南京大学B.Li等人利用Rayleigh-Plateau不稳定性技术实现了自周期点胶调制，完成了微纳光纤长周期光栅的制作。T.Qi等人联合完成了利用微电加热器周期性调制的可编程化的长周期光栅制作。

在微纳光纤长周期光栅折射率传感器领域中，液流通常只是作为被分析物，然而，如何充分挖掘液流的功能以进一步促进光与液流的相互作用，以及利用液流实现灵活的周期调控对传感器的发展以及实际应用十分有意义的。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器，在于充分挖掘液流的功能以进一步促进光与液流的相互作用，以及利用液流实现灵活的周期调控，灵敏度高、制作简单、结构紧凑、成本低、调制灵活、复用能力强且具有良好的重复使用性。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器，其特征在于，包括依次连接的宽带光源、微纳光纤、沟道阵列平板，以及与微纳光纤连接的波长检测单元；

所述宽带光源用于光源的输入，即输入信号；