[发明专利]光纤折射率传感系统

说明书

本发明公开了一种光纤折射率传感系统，包括用于发射光信号的光源，用于传输光信号的光纤和光纤环形器，以及用于接受光信号的光谱仪，还包括用于检测被测物折射率的光纤探头，光纤探头由光纤和设在光纤端面上的纳米孔阵列组成；光纤环形器的第一端口通过光纤与光源连接，光纤环形器的第二端口通过光纤与光纤探头连接，光纤环形器的第三端口通过光纤与光谱仪连接。本发明采用单模光纤作为光波导，结构更为简易稳定，规避了对探测光偏振的敏感性，且通过结构设计易于调制工作波长和折射率测量动态范围，既可以满足实际测量中对参考通道的需求，也可以用于长距离多点实时监测，具有切实可行的应用前景。

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种光纤折射率传感系统。

背景技术

表面等离子共振SPR(surface plasmon resonance)传感器通过激发表面等 离子波来探测传感区域临近环境的折射率变化，无需标记，即可实现动态、实时、 定量检测。基于这些优势，该技术已被广泛应用于环境监测、生物技术、药物分 析和食品安全等领域。特别是在生物分子研究和亲和力生物传感方面，SPR传感 器已经成为强有力的工具。

入射光不能直接耦合进表面等离子波，因而通常需要通过一些技术手段进行 耦合，通常包括棱镜耦合、光栅耦合及波导耦合等。上世纪九十年代首先出现了 多模光纤耦合SPR传感器，随后就出现单模光纤耦合SPR传感器，相对于以往耦 合方式来说，结构上更加简易紧凑，避免了机械调节带来的误差和不便。

采用SPR传感器工作时，测量样品的组分、浓度、温度及非探测目标分子干 扰等会改变传感区域的介电常数，改变共振角或共振波长，从而影响测量的准确 度。为了提高探测目标的特异性响应检测精度，可采用多通道传感来剔除非特异 性响应。目前已经有一些技术方案被提出，用以实现多通道SPR传感。衍射光栅 耦合SPR技术，该方法可以通过光栅衍射产生多个共振峰来实现多通道探测，但 要求被测目标置于光栅前并能够被探测光穿透，光路系统调节复杂、体积较大， 不适用于远程探测；介质涂层法，在感应面的部分区域覆盖介质涂层来调节共振 峰波长位置，此结构类似于并行探测，信噪较低，探测信号半波宽度在四十纳米 左右，分辨率低且限制了通道数量；通过光纤布拉格光栅耦合表面等离子波来实 现多通道传感，该方法信号检测难度较大，灵敏度较低；多芯光纤结合时分复用 方法，工艺比较复杂，并容易引入机械调节带来的误差。SPR传感还存在一个偏 振敏感问题，需引入偏振器件，限制了应用范围。采用对称曲面光纤方法来降低 系统对偏振的敏感度，工艺也较为复杂，难以保障样品的一致性。总体来看，目 前提出的方案都存在结构复杂、探测信号半波宽度偏大、偏振敏感等问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于表面等离子体共振效应的光纤折射率 传感系统，系统结构简单，稳定可靠，实现对目标样品的折射率监测。

技术方案：本发明提供一种光纤折射率传感系统，包括用于发射光信号的光 源，用于传输光信号的光纤和光纤环形器，以及用于接受光信号的光谱仪，还包 括用于检测被测物折射率的光纤探头，在光纤探头端面上设有纳米孔阵列；光纤 环形器的第一端口通过光纤与光源连接，光纤环形器的第二端口通过光纤与光纤 探头连接，光纤环形器的第三端口通过光纤与光谱仪连接。

进一步地，光纤环形器和光纤探头的数量设有多个。多个探头的数量可以检 测多个被测物的折射率。

进一步地，光源为宽谱光源，每个探头的反射光占据光源的一段波长区域， 彼此隔离。

进一步地，光纤为单模光纤，减小探测光色散。

进一步地，纳米孔阵列为镀在光纤端面的一层薄膜，薄膜上设有均匀布置的 镂空阵列。

进一步地，纳米孔阵列按照矩阵阵列等间隔布置。

进一步地，纳米孔阵列的间隔为1.0至1.2微米，对应共振波长范围位于1.55 微米左右，降低探测光传播损耗，提升系统传感灵敏度。