[发明专利]基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤及其传感器

权利要求书

1.一种基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤，其特征在于，该基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤为在传感区域光纤外周设置有第一层金属膜，第一层金属膜外周设置有聚合物层，聚合物层外周设置有第二层金属膜；

所述的第一层金属膜选用的材料为能够产生等离子体波的重金属材料，所述的聚合物层为透光率≥85％的聚合物层，所述的第二层金属膜选用的材料为能够产生等离子体波的重金属材料；

所述的第一层金属膜的厚度为20～200nm，聚合物层的厚度为150～180nm，第二层金属膜的厚度为20～50nm。

2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤，其特征在于，所述的第一层金属膜的长度和传感区域光纤长度相同，或比传感区域光纤长度短；

所述的聚合物层的长度和第一层金属膜的长度相同；

所述的第二层金属膜的长度和第一层金属膜的长度相同、或比第一层金属膜的长度短1～2mm。

3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤，其特征在于，所述的传感区域光纤，用于将传输的光产生的倏逝波耦合到传感区域光纤外，所述的传感区域光纤选用无芯光纤、D型单模光纤、D型光子晶体光纤、拉锥光纤、空芯光纤中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤，其特征在于，所述的第一层金属膜选用的材料为金、银、铜、铝中的一种；

所述的聚合物层中的聚合物选用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷；

所述的第二层金属膜选用的材料为金、银、铜、铝中的一种。

5.一种基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤作为传感区域光纤，还包括第一传输光纤、第二传输光纤、宽带光源、光谱仪；

传感区域光纤的两端分别熔接第一传输光纤和第二传输光纤，在第一传输光纤的另一端连接宽带光源，第二传输光纤的另一端连接光谱仪。

6.根据权利要求5所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器，其特征在于，所述的第一传输光纤，用于向传感区域光纤输入并传输光信号，所述的第一传输光纤选用单模光纤或多模光纤；

所述的第二传输光纤，用于将接受携带检测信息的输出光谱，并传递光信号至光谱仪，光谱仪和计算机联接；所述的第二传输光谱选用单模光纤或多模光纤。

7.根据权利要求5所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器，其特征在于，传感区域光纤的两端分别熔接第一传输光纤和第二传输光纤时，同轴芯对准熔接。

8.根据权利要求5所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器，其特征在于，所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器，其在1550nm工作波长处折射率灵敏度为20000±400nm/RIU。

9.权利要求5所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器的应用，其特征在于，为将传感区域光纤置于待检测物的环境中；

所述的待检测物的环境，其为溶液或气体，用于检测溶液中待检测物的浓度或单一气体的浓度。

10.根据权利要求9所述的基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器的应用，其特征在于，检测过程，包括以下步骤：

步骤一：配置不同浓度待测物质的系列标准样，系列标准样中的待测物质浓度已知，依次为c₁，c₂，c₃，c₄，……c_n；

步骤二：

将基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器的传感区域光纤置于不同浓度待测物质的系列标准样中进行检测，得到对应不同待测物质的浓度，其输出光谱的波长移动量分别为Δλ₁，Δλ₂，Δλ₃，Δλ₄，……Δλ_n；

步骤三：

将浓度和测量的对应波长移动量进行拟合，得到待检测物的浓度与波长移动量之间的拟合关系式，具体为：

Δλ＝k×c+b

其中，c为待测物质的浓度，k为系数，Δλ为波长移动量，b为常数；

步骤四：

检测未知浓度的待测物质时，将基于表面等离子体效应的马赫-曾德干涉光纤传感器的传感区域光纤放入未知浓度的待测物质中，进行测量，得到其波长移动量Δλ；

将其代入拟合关系式，得到待测物质的浓度。