[发明专利]一种S型光纤包层SPR传感器及其制作和使用方法

权利要求书

1.一种S型光纤包层SPR传感器，其特征在于：包括顺次设置的传光区(1)、S型调制区(2)、包层传感区(3)、环形芯收光光纤(4)，其中，

所述传光区(1)、S型调制区(2)、包层传感区(3)在同一根光纤上；所述S型调制区(2)的纤芯和包层均弯曲成S型，包层传感区(3)右端面与环形芯收光光纤(4)左端面同轴焊接，所述包层传感区(3)表面环形包覆有金属膜(5)，所述金属膜(5)的表面包覆环境介质(6)。

2.根据权利要求1所述的一种S型光纤包层SPR传感器，其特征在于：

所述传光区(1)、S型调制区(2)、包层传感区(3)采用的光纤为单模光纤、少模光纤，或者多模光纤，所述光纤的纤芯(1-1)折射率分布是阶跃型或渐变型；

所述S型调制区(2)的长度为350μm-510μm，垂轴偏移量为10μm-130μm；所述环形芯收光光纤(4)的内包层(4-1)直径与传光区采用的光纤纤芯(1-1)的直径对应相同，环形纤芯(4-2)环形包覆内包层(4-1)，环形纤芯(4-2)的内径与内包层(4-1)直径相同，外包层(4-3)环形包覆环形纤芯(4-2)；

所述金属膜(5)是金膜、银膜或金银复合膜；

所述环境介质(6)为甘油和蒸馏水的混合溶液或者为紫外固化胶，折射率为1.333RIU-1.395RIU。

3.一种S型光纤包层SPR传感器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

S1取两段单模光纤作为校准光纤，分别将两根光纤的其中一端去除涂覆层并对端面做切平处理，放于光纤熔接机左右两侧的夹具内，使光纤伸出夹具端面长度为1cm，调节两光纤端面的轴向距离为10μm，纵轴偏移量为设计的S区垂轴偏移量，调节好后取下校准光纤；

S2取一段设计纤芯直径的单芯光纤，在单芯光纤中间段去除涂覆层4cm并擦拭干净，将单芯光纤放置在光纤熔接机左右两侧的夹具内，其中去除涂覆层的区域处于左右夹具间，正对放电电极，在线微调S型调制区长度至设计长度后，多次放电，使光纤逐渐熔融，直至变成设计尺寸的S形，S型光纤制备完成；

S3取出制备好的S型光纤，并在S型调制区右侧2cm处做端面切平处理，该S型调制区右侧2cm区域为包层传感区；

S4取一段设计环形纤芯直径的环形芯光纤，将环形芯光纤左端剥除3cm的涂覆层，擦拭干净后将光纤左端切平；

S5在光纤熔接机中，将制备好的S型光纤右端面与环形收光光纤的左端面进行正对熔接；

S6将包层传感区置于磁控溅射仪金靶下方，两端夹持于光纤旋转镀膜夹具中，在包层传感区上镀制40-60nm金膜，完成S型光纤包层SPR传感器制作。

4.一种S型光纤包层SPR传感器的折射率测量使用方法，其特征在于包括以下步骤：

S1将所述S型光纤包层SPR传感探针的传光区左端接入宽谱光源，将环形芯收光光纤右端接入光谱分析仪，让S型调制区处于自然伸展状态，宽谱光在传光区的纤芯内向右传输，当光传输至S型调制区时，由于纤芯弯曲，纤芯模耦合为包层模，满足传输条件的包层模在包层中继续向右传输至包层传感区，包层传感区中的包层模倏逝场与包层外环形镀制的金属膜接触并发生SPR效应，发生SPR效应后的包层模继续向右进入环形芯收光光纤的环形纤芯中传输至光谱仪，光信号采集解调后得到SPR传感光谱，将包层传感区放置于反应管中，管中依次通入折射率为1.333-1.385RIU的折射率标定溶液，得到每个测量折射率下的SPR共振谷波长，即得到传感器的SPR共振谷波长与折射率之间的数量关系；

S2再将传感探针的包层传感区置于待测环境介质溶液中，同样让S型调制区处于自然伸展状态，光谱仪接收到发生SPR效应后的透射光谱并保存；

S3将接收到的透射光谱导入计算机进行解调处理，得到有SPR共振谷的SPR光谱；

S4最后再根据SPR光谱的SPR共振谷波长所在位置，计算出环境介质的折射率大小。