CN100561198C - 光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器及系统，传感器是由一根光纤上的长周期光纤光栅、光纤切断面上的反射膜、光纤包层、光纤芯、光纤包层表面上的一层金属膜构成，形成了一个光纤迈克尔逊干涉仪结构的表面等离子共振传感器。该传感器将迈克尔逊干涉仪所需的功能器件和光路、表面等离子共振传感用的金属膜、化学或生物分子敏感膜层都集成在一段光纤上，整个传感器完全光纤化，微型化，体积小。传感系统是由宽带光源、光纤、光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器、宽带耦合器、光纤光谱仪和计算机组成。该系统可基于光纤链路实现遥测，系统结构简单，不受杂散光的影响，测试结果稳定可靠。

Description

光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器及系统

技术领域

本发明属于光纤传感、化学及生物技术领域，具体涉及一种光纤微结构迈克尔逊(Michelson)干涉式表面等离子共振(SPR)化学与生物传感器及系统。

背景技术

光纤生物与化学传感器是1970年代中期才诞生的一种新型传感技术，该种传感器是将具有化学或生物分子识别和换能作用的指示济染料、酶、辅酶、生物受体、抗原、抗体、核酸、DNA、动植物组织或细胞、微生物、高分子材料等敏感膜、溶凝胶或其本身，吸附、固化或安装在光纤、平面光波导、毛细管波导上，对样品中的待测物质进行选择性识别，再转换成各种光信息，如紫外、可见及红外光的吸收、反射、荧光、磷光、化学发光和生物发光、拉曼散射、光声和表面等离子体共振等信号输出，从而获得化学或生物信息。在大多数传感器中，光纤起光的传输作用，也有部分传感器是基于被测物质直接影响光纤的波导性质来进行化学和生物传感的。

光纤化学与生物传感器的主要特点是：(1)具有很高的信息传输容量，实现复杂混合物的分析和监测。(2)传感器的光纤探头直径小，传感头微型化且轻巧、价廉、耐用。(3)传感信号是光信号，与化学或生物样品之间无电接触，不影响生物自身的电性质，比较安全，尤其适于生物活体或体内的实时连续分析检测。(4)无电磁干扰，噪声低，电绝缘，可用于易燃易爆场合。(5)光纤的稳定性好，光纤无毒，无废气废液，不需高压大电流，无电磁辐射和噪声，适于大部分化学和生物环境，尤其适于环保和生物医学。(6)光纤传感器具有内参比效应，信号更加稳定可靠。(7)光纤具有仅次于超导材料的低损耗性，可实现遥测。

根据光纤在光传感中的作用，目前的光纤化学与生物传感器可分为两类，一类是在光纤端面固化敏感膜层，敏感膜吸收被测化学或生物分子，光纤中的光到达端面后被敏感膜中的化学或生物分子吸收或激发荧光，通过检测吸收光强或荧光强度来获取化学或生物信息。第二类是腐蚀掉光纤包层，在光纤芯上固化化学或生物分子的敏感膜层，敏感膜吸收化学或生物分子，光纤芯中的光在传感段光纤芯上产生倏逝波，进而被化学或生物分子吸收或激发荧光，通过测量吸收光能或荧光强度来测试化学或生物信息。若在腐蚀了光纤包层的纤芯上再镀一层金属膜，可形成等离子体共振生物化学传感器。

与本申请专利相近的传感器是表面等离子体共振(SPR)生物传感器。SPR生物传感器是分子生物与化学、光学、电子与计算机技术等相结合的产物，是目前分子生物学信息获取的最重要技术之一。下面介绍现有的SPR生物传感器：

(1)SPR生物传感器的基本原理

表面等离子体(SP)波是沿着金属和电介质间界面传播的电磁波。当特定波长的振动平行于分界表面的偏振光以某一特定的入射角照在界面上而发生全反射时，入射光将被耦合为表面等离子体波而被衰减，引起界面全反射的光能量显著减少，这就是表面等离子体共振(SPR)。SPR对附着在金属表面的电介质折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征，表面等离子共振入射角和SPR的响应强度随电介质及其附着量的不同而不同。这样，将已知的生物识别分子固化在金属膜表面，当加入与其互补的被测生物分子时，两者相结合将使金属膜与溶液界面的折射率上升，从而导致SPR共振角或波长的改变，通过检测共振入射角度或波长的变化就能实现对互补的目标生物分子的定量或定性检测。

(2)现有SPR生物传感器的类型

根据光波导耦合器件的不同，SPR传感器可分为棱镜型、金属光栅型和光纤型。目前绝大部分传感器是棱镜型传感器，用于产生全反射衰减的棱镜型装置有Otto和Kretschmann型，而以Kretschmann型为主，如图1所示。该装置是将几十纳米厚的金属薄膜12直接覆盖在棱镜13的底部，待检测的介质14在金属膜下面，光线射入棱镜，其倏逝波透过金属薄膜在另一界面处引起表面等离子体共振(SPR)，棱镜可以是直角等腰三角形或半球形的。为了提高灵敏度，常选择折射率较高的光学材料制作棱镜，但这种光学材料的表面强度和稳定性较差，在空气中易形成氧化膜。

1987年Tiefenthaler等人提出了金属衍射光栅作为光波耦合元件的SPR生物传感器，但金属光栅的制作有一定难度。1997年Nikitin PI等人开发了基于肖特基结构的金属衍射光栅SPR生物传感器，利用微电子加工技术在硅片21上镀上一层40nm厚周期分布的金膜光栅22，再覆盖一层生物分子敏感膜23，如图2所示。当分子生物膜吸收被测生物分子后，其折射率发生改变，金属光栅衍射的光场和光谱分布也产生相应的变化，将光信号的变化转换成电信号输出，同时用光谱分析仪检测表面增强拉曼散射。利用得到的电压-角度曲线和拉曼谱线，实现生物分子反应机理和过程的测试与分析。

棱镜型和金属光栅型SPR生物传感器的传感介质都不是光纤，需要流通池，对应用环境要求较高。1993年，Jorgenson等人提出了光纤型SPR生物传感器，有两种传感结构，如图3所示，一种是在线传输式(a)，另一种是终端反射式(b)。在线传输式光纤SPR生物传感器是将一段石英光纤中的包层31a剥去，在光纤芯32a上沉积一层高反射率金属膜33a，再在金属膜上覆盖一层生物分子敏感膜34a。光纤的直径一般为0.3mm，光纤内可传输光线的角度范围是78.5～90°。在此角度范围内，光在纤芯与包层的界面上发生内全反射，透过界面的倏逝波在金属膜中引发表面等离子体，并在一定的角度和波长上产生共振。在光纤的出口端检测输出光强度与波长分布，可定量分析生物分子的浓度及其变化。

终端反射式SPR光纤生物传感器的构造方法是在光纤的一个端面上沉积一层厚度达300nm的金属膜33b，将此端一段长5mm左右的光纤包层31b剥去，并在光纤芯32b上沉积50nm左右的金属膜，在金属膜上覆盖一层生物分子敏感膜34b。当满足SPR共振条件时，光纤中的光将产生共振而被吸收；当光传输至端面时沿来路被反射回去，再经过共振吸收衰减后而传输到光纤光谱仪进行检测。当分子敏感膜吸收生物分子后，其折射率发生变化，从而改变光纤中光的衰减光强和共振波长。根据该变化即可探测生物分子的作用过程和数量。该方式省略了流通池，可在一定距离范围内实现遥测。

总体来看，目前SPR生物传感器以棱镜型为主，光纤型和金属光栅型为辅。

(3)现有SPR仪器系统特点

SPR生物传感器具有非破坏性、高灵敏度和实时在线检测等优点，已在微生物、血液、DNA、抗原抗体、有毒气体等的检测与分析方面有广泛应用。SPR传感器及其仪器系统的优点是：(1)生物特异性强，可对生物分子反应的过程进行检测；(2)操作简单，测量速度较快；(3)整机可小型化；(4)适合微区和表面分析，也可进行分子结构分析；(5)灵敏度很高，比倏逝波荧光检测系统的灵敏度高1～2个数量级。

该类传感器及系统也存在一些缺陷：(1)棱镜型传感头复杂且体积大。光纤传感头的制作繁琐并很困难，需要通过化学腐蚀或机械磨蚀方法去除包层，包层的去除位置或尺寸难于精确控制。金属衍射光栅型传感头的制作也很困难。(2)系统稳定性较差：无论是波长调制还是角度调制法，直接探测的信号都是光强度，且是单光路光强。光源、光路和电路系统的波动和干扰对传感系统的影响很大，降低了可靠性和准确性。在现有的单光路强度检测中，这种影响是难于消除的。(3)杂散光干扰大：在棱镜型、金属光栅型和光纤型三种SPR传感器中，杂散光能进入光路和探测器。当外界杂散光变化时，探测到的信号也发生变化，因此需要屏蔽杂散光。(4)对光纤型传感器而言，化学腐蚀或机械磨蚀包层后，会出现粗糙的交界面，难以得到平滑的纤芯光学表面，从而无规律地影响全反射特性，产生大的噪声信号，大大降低信噪比。(5)数据没有容错能力：现有传感系统获取的数据没有冗余信息，当出现较大干扰和差错时，严重影响测试或分析结果的准确性。(6)遥测能力弱：棱镜型和金属光栅型SPR传感器难于通过光纤实现遥测；目前光纤型SPR传感器所用光纤主要是芯径较大的多模光纤(小芯径光纤传感器的制作困难，甚至无法制作)，一般仅仅是利用一段约几十厘米的光纤作为传感头，难于充分利用光纤的优越性。(7)传感系统结构复杂而庞大，操作不够灵活，棱镜型和金属光栅型SPR传感器都需要流通池。环境适应性较差，温度变化对测试结果的影响大，受外界振动的干扰也大，对准调试非常困难，现有的光纤型传感器也是如此。

这些不足和缺陷有待新的技术和方法加以克服和改进，以便该生物化学传感技术可得到更好的推广应用。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种光纤微结构Michelson(迈克尔逊)干涉式SPR(Surface Plasmon Resonance，表面等离子体共振)化学与生物传感器及系统，将该传感器所需要的Michelson干涉仪器件、两条光路、化学或生物分子敏感膜层、SPR传感所需的金属膜都集成在一段光纤上，使整个传感器完全光纤化，结构微型化，体积小。传感系统通过测量干涉条纹幅值或其谱分布、表面等离子体共振吸收波长的变化，就可测量出化学成分或生物分子的浓度，获得更高的检测精度和灵敏度。同时传感系统可基于光纤链路实现遥测，系统结构简单，不受杂散光的影响，测试结果稳定可靠。

本发明的技术方案如下：

光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器，它是在一根光纤上写有一个长周期光纤光栅，作为耦合器，该长周期光纤光栅的谐振中心波长处的耦合效率为2-10dB；在距离该长周期光纤光栅约2-35cm的光纤末端有一光滑的切断面，在该切断面上镀有反射膜，作为微反射镜；该长周期光纤光栅和光纤末端切断面之间的光纤有光纤芯和光纤芯之外的光纤包层；由该光纤上的长周期光纤光栅、光纤末端切断面上的反射膜及其之间的光纤包层和光纤芯形成一个光纤Michelson(迈克尔逊)干涉仪。在该Michelson干涉仪上，其长周期光纤光栅和光纤末端切断面之间的整段或部分段光纤只有光纤芯和光纤包层，只有光纤芯和光纤包层的这部分光纤的总长度为2-35cm；在只有光纤芯和光纤包层的这部分光纤的光纤包层表面镀有一层金属膜(金属银或金膜较好)，作为表面等离子体共振的载体，该金属膜的厚度约为30-200nm。这就构成了光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器，利用光纤包层的倏逝波、金属表面等离子体共振(SPR)和光干涉特性等来测量或分析生物分子及化学成分。

进一步，为了提高传感器对特定化学成分或生物分子的选择性(特异性)和灵敏度，还可在上述金属膜表面上再固化有一层对化学成分或生物分子具有选择性的吸收或敏感膜层，该吸收或敏感膜层的厚度大于3nm。整个传感器的外径约125～1000微米。

本传感器的传感原理是利用光纤Michelson干涉仪中的光纤包层光在界面处的全反射、表面等离子体共振和光干涉特性等来传感化学或生物信息：(1)光纤纤芯中传输的光到达长周期光纤光栅时，一部分光继续在光纤芯中向前传输，另一部分光被耦合到光纤包层中传输。(2)光纤包层光在光纤包层与金属膜的界面处发生全反射而产生倏逝波。该倏逝波穿过光纤包层界面和金属膜层，并作用于化学或生物分子的溶液或气体或其敏感膜层的一个微小区域。(3)如果光纤包层光的入射角度、波长与光纤包层的折射率、金属膜材料及其厚度、生物与化学成分的溶液或其气体或其敏感膜层的折射率等参数满足相位匹配共振条件，则光纤包层与金属界面处的倏逝波穿过金属膜层时，将产生表面等离子体共振，倏逝波的能量被共振耦合而转移为金属膜表面等离子体波的能量，从而导致倏逝波的能量被衰减。(4)被衰减后的倏逝波返回光纤包层继续传输，再在其它点产生全反射、倏逝波、金属表面等离子共振吸收。(5)当光纤包层和纤芯的光到达光纤切断面的反射膜时，光纤包层和光纤芯的光被分别反射回光纤包层和纤芯并继续传输。光纤包层光继续产生全反射、倏逝波、表面等离子体共振吸收，而作用于被测化学成分或生物分子。(6)反射回来的光纤包层和光纤芯的光再次到达长周期光纤光栅时，光纤芯的部分光继续在光纤芯中传输，光纤包层的部分光又被耦合到光纤芯中去。在光纤芯中传输的部分光和再次耦合到光纤芯中的光纤包层光合束并产生干涉，该干涉光在光纤芯中传输。(7)在产生干涉的两束光中，光纤芯中的光不受外界化学成分或生物分子的影响，但光纤包层中的光因倏逝波而作用于金属膜外的化学成分或生物分子。在光纤包层光倏逝波的作用过程中，生物分子和化学成分的种类、数量或浓度的变化将影响金属膜外化学或生物分子的敏感膜层或其溶液、气体等的折射率，改变金属膜表面等离子体共振的匹配条件，使光纤包层倏逝波的衰减能量、相位、共振光波长和共振角度发生变化，从而影响光纤包层光及其干涉信号光的幅值和分布。它们之间的变化关系是确定的。(8)这些变化将直接表现在干涉信号光的变化上。通过测量干涉信号光的幅值及其条纹分布、倏逝波附加相位、表面等离子体共振波长等的变化，就可测量生物分子或化学成分的浓度，实现生物分子或化学成分的传感。

由上述光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器形成的传感系统包括有：宽带光源、光纤、光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器、宽带耦合器、光纤光谱仪和计算机；宽带光源通过光纤与宽带耦合器的一个输入端相连，宽带耦合器的一个输出端通过光纤与传感器连接，宽带耦合器的另一个输入端光纤通过光纤与光纤光谱仪相连，光纤光谱仪通过数据接口(如USB、RS232、GPIB等)与计算机相连。这样，光纤中的光经过长周期光纤光栅分光、全反射、倏逝波作用、金属表面等离子体共振吸收、切断面反射膜的反射、表面等离子体共振再吸收，以及长周期光纤光栅的再次耦合而合束，形成干涉光信号，干涉光信号经光纤被传输到光纤光谱仪；光纤光谱仪获取干涉信号光的幅值及其谱分布，通过数据接口将干涉信号光的数据送到计算机，由计算机根据获取的干涉信号光数据计算并显示出化学或生物分子的测量值。而传感器被置于被测气体、化学或生物分子溶液中。

由上述传感系统得到的干涉光信号数据具有多种信息参数及其分布，如幅值、附加相位、干涉条纹及其分布等，都可由计算机进行分析计算。这些不同的信息参数受生物分子或化学成分的影响是不一样的，具有不同的响应形式和关联性，是多维信息，用其中的任意一维信息都可以测量化学成分或生物分子。在数据采集、传输和处理过程中，丢失部分数据仍然可以正确地获得测量结果，传感系统具有一定的容错能力。

本传感器及其系统具有的优点是：

本传感器具有一般光纤传感器的优越性，如不易受电磁干扰，传感器尺寸小而轻，稳定性高，无毒绝缘，无电流，适于强酸、强碱、高温高压、易燃易爆等恶劣环境，尤其在生物医学领域用于在体测量时具有高度安全性。另外，本传感器还有很多独特的优点，包括：(1)本传感器结构独特巧妙，不附加任何非光纤器件，仅仅利用一段普通光纤及其上的一个长周期光纤光栅和光纤切断面上的反射膜就实现了Michelson干涉仪的分光、传输、合光、反射、合束及干涉功能。在外观上，该Michelson干涉仪就是一段普通的光纤。在光纤化Michelson干涉仪的光纤包层表面直接镀上金属膜层就实现了光纤SPR传感器，也可在金属膜层上再固化对化学成分或生物分子具有选择性的吸收或敏感膜层。整个传感器完全光纤化，结构微型化，且功能强大，其体积比集成光纤微MZ干涉式SPR或倏逝波型传感器更小。这是本传感器的最大创新点。(2)传感系统不受杂散光的影响。本传感系统可测量干涉光谱信号，而杂散光与信号光不满足相干条件。因此，杂散光不影响测量结果。(3)传感器的制作质量可控性好，信号光噪声小。本传感器的每个部分及其制作过程都是精确可控的，制作质量容易得到保证。传感段光纤不需腐蚀，全反射界面是光滑的光学表面，信号光的噪声小。而现有光纤SPR传感器的传感光纤需经化学腐蚀或磨蚀处理，全反射界面不是光滑的光学表面，会产生很大的噪声干扰。(4)整个测量系统可基于普通光纤链路实现遥测，系统的构成及装配只需熔接光纤，调试简化，可靠性高。同时，传感系统具有一定的容错能力。(5)测量精度和灵敏度高，本传感器的信噪比高于现有的光纤SPR生物传感器，若用附加相位法测量生物分子或化学成分，可达到极高的测量精度和灵敏度。

总之，本传感器及其系统结构独特，微型化，光纤化，利用光纤包层的倏逝波、金属表面等离子体共振和光的干涉特性来测量生物分子或化学成分，在一段光纤上实现了一个完整的微结构Michelson干涉仪及其SPR生物与化学传感器，系统灵敏度更高，可靠性好。

附图说明

图1是棱镜型SPR化学与生物传感器的结构图；

图2是金属光栅型SPR化学与生物传感器的结构图；

图3是现有的光纤SPR生物传感器的结构图；

图4是光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器的结构图；

图5是光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感系统的结构示意图；

图6是光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感系统的计算机获取的干涉信号光谱图。

具体实施方式

下面结合附图，以测量蔗糖溶液的浓度为例来说明上述传感器及系统的实施，气体或溶液形式的其它生物分子或化学成分测量系统及其传感器的构成与之相似，不同之处只是在光纤包层外的金属膜层上固化一层不同的化学或生物分子敏感膜层而已。

参见图4，本传感器的结构有：光纤涂覆层1、光纤包层2、光纤纤芯3、长周期光纤光栅LPFG 4、金属膜层5、化学或生物分子的吸收或敏感膜层6、反射膜7、保护套8、端部固化胶9、固化胶10、过渡缓冲套11。其制作方法是：(1)将一根单模光纤(光纤材料是石英或塑料，其光纤芯径约9μm，光纤包层直径125μm)的一小段塑料保护涂层去除；(2)用波长约为240nm的激光器和长周期光纤光栅掩模板(掩模板的周期根据所需要的耦合波长而定)照射去除了塑料保护涂层的这段光纤，写入长约2.5cm的长周期光纤光栅，它的一个谐振中心波长落在770nm附近，带宽约17nm，谐振中心波长处的耦合效率约4dB(也可用CO₂激光器来写入长周期光纤光栅)；(3)用光纤涂敷机将已写入长周期光纤光栅处的这段光纤包层涂敷上塑料保护涂层；(4)在距长周期光纤光栅6cm处切断光纤，保证切断面整齐光滑，长周期光纤光栅与切断面之间的光纤包层表面都涂敷有塑料保护涂层；(5)清洁光纤切断面，在光纤切断面上镀一层厚约1.5μm的金属银膜作为反射膜；(6)在光纤切断面与长周期光纤光栅之间，去除一段长约5.5cm的光纤塑料保护涂层，以裸露出光纤包层，并清洗该段光纤包层；(7)在去除了塑料保护涂层的这段光纤包层上，镀一层厚约65nm的金属金或银膜，使其表面等离子体共振波长约为770nm；(8)在金属金或银膜表面固化一层对蔗糖分子有吸收作用的厚约100nm的敏感膜层，也可不固化该敏感膜层；(9)将制作了长周期光纤光栅、光纤包层、光纤切断面反射膜、SPR传感的金属金或银膜、蔗糖分子敏感膜层等的这段光纤用固化胶粘贴到一个有孔的保护套内壁，固化胶粘贴的位置靠近保护套的两端部；(10)在保护套的光纤引出端，安装一个塑料过渡缓冲套，以避免光纤被折断，即可制作完毕。该保护套能够渗透蔗糖溶液，并能使蔗糖分子与传感器的金属膜层或其敏感膜层接触。该保护套也可不用，而直接将本传感器放在蔗糖溶液中，也能实现检测。

光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感系统的构成如图5所示。中心波长750nm、带宽大于60nm的宽带光源A耦合输出到光纤F1，经过一个2x2宽带耦合器B和一段光纤F2，到达光纤微结构Michelson干涉式SPR化学与生物传感器C。在传感器C中，770nm附近光能的一部分在光纤芯中传输并不受外界蔗糖溶液浓度的影响，另一部分光能被耦合到光纤包层中去。光纤包层和光纤芯中的光到达切断面的反射膜时，又分别反射回光纤包层和光纤芯。光纤包层中的光在光纤包层与金属膜层的界面处产生全反射和表面等离子体共振吸收，其表面等离子体共振吸收受外界蔗糖分子浓度的影响。反射回的光再次到达长周期光纤光栅时，部分光纤包层光又被耦合入光纤芯，并与光纤芯中的部分光产生干涉。返回的干涉信号光通过宽带耦合器B和光纤F3被传输到高精度光纤光谱仪D。光纤光谱仪获取的干涉信号光谱数据通过数据接口GPIB送到计算机E，由计算机处理干涉信号光谱数据得到并显示蔗糖溶液的浓度。计算机获取的干涉信号光谱数据如图6所示。其测量和计算过程是先标定传感器对蔗糖溶液的敏感系数，然后测试蔗糖溶液的浓度。测试时，本传感器放在被测蔗糖溶液中，传感系统中的计算机获取干涉信号光谱数据，并根据标定的敏感系数计算得到被测蔗糖溶液的浓度，从而实现蔗糖的传感。

在本实施例中，光纤光谱仪的波长分辨率可达0.02nm，最小幅值测量值为-65dBm，干涉信号光谱条纹的间距1.28nm，测量蔗糖溶液浓度的分辨率可达到4.6μg/ml。若用附加相位法测量时，测量蔗糖溶液浓度的分辨率可达每毫升亚微克级。

Claims (4)

1、光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器，其特征在于：在一根光纤上有一个长周期光纤光栅，在离该长周期光纤光栅一段距离的光纤末端有光滑的切断面，在该切断面上镀有反射膜；该长周期光纤光栅、光纤切断面上的反射膜及其之间的光纤包层和光纤芯构成了一个迈克尔逊干涉仪；该长周期光纤光栅和光纤切断面之间的整段或部分段光纤的光纤包层表面有一层金属膜；该金属膜上固化有对生物分子或化学成分具有选择性的吸收或敏感膜层。

2、根据权利要求1所述的光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器，其特征在于：所述吸收或敏感膜层的厚度大于3nm；所述长周期光纤光栅谐振中心波长处的耦合效率为2-10dB，长周期光纤光栅到切断面之间的距离2-35cm；金属膜的厚度为30-200nm，金属膜的总长度为2-35cm。

3、根据权利要求1或2所述的光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器，其特征在于：在上述制作了长周期光纤光栅、反射膜、金属膜、吸收或敏感膜层的这段光纤之外套有一保护套，保护套上有小孔，保护套的两端有固化胶连接这段光纤和保护套，在保护套的光纤引出端有一个过渡缓冲套。

4、由权利要求1、2或3所述的传感器形成的传感系统，其特征在于：它包括宽带光源、光纤、光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器、宽带耦合器、光纤光谱仪和计算机；宽带光源通过光纤连接到宽带耦合器的一个输入端，宽带耦合器的一个输出端通过光纤与所述的光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器连接，宽带耦合器的另一个输入端通过光纤与光纤光谱仪连接，光纤光谱仪通过数据接口连接到计算机，而所述的光纤微结构迈克尔逊干涉式表面等离子共振化学与生物传感器被置于被测化学成分或生物分子的溶液或气体中。

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