CN101946172B - 用于光学检测的涂覆波导 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波导，其中在波导的至少一部分中包含光栅，该波导包含涂层，该涂层包含聚合物，该聚合物包含脂肪族链，该脂肪族链具有亲水性侧链。本发明还涉及一种传感器系统，其包含前10项权利要求中任一项所述的波导、光源、以及光检测器。

Description

用于光学检测的涂覆波导
本发明涉及一种包含光栅的波导、一种包含该波导的光学传感器以及该传感器在测量环境效应(environmental effect)中的应用。
光学传感器具有许多优于电子测量系统的优势。光学传感器在例如难于接近和/或对人类有危害的环境中如在石油工业以及天然气工业中常见的环境中更加可靠，并且通常不会受到电磁辐射的不利影响，该电磁辐射通常产生于例如电力电缆系统、感应炉或用于核磁共振测量的设备，如MRI或NMR设备中。其他优势在于光学传感器在远距离易于操作、其尺寸小、其柔性、和/或其可以形成由离散传感器(其全部可通过单个光学纤维分别读出)的阵列构成的传感器系统。
基于波导光栅的典型传感器系统例如详细描述于US 5 380995、US 5 402 231、US 5 592 965、US 5 841 131、US 6 144 026、US 2005/0105841、US 7 038 190、US 2003/156287中。
这类传感器系统所基于的一个原理是，以波导的轴向应变作为待检测的环境效应的结果，例如，通过在波导上使用一种涂层，其在环境效应的影响下变形。当引导特定光谱的波导光栅在这种轴向应变下拉伸或收缩时，透射的光的光谱特性曲线(spectral pattern)和/或反射的光的光谱特性曲线(即，光谱响应)改变。光谱响应的这类改变在测量时提供关于环境效应的定量信息。
美国专利申请2005/0105841涉及在长周期光栅波导上使用一种聚乙烯亚胺(PEI)单层涂层。该涂层在吸水的条件下膨胀，其使得包含这种涂层的传感器适合用于基于该涂层的折射率的改变而测量相对湿度(RH)。然而，折射率的改变对于水的检测不是选择性的，这使得传感器对于环境污染敏感。由于单层的缓慢沉积，该传感器的制备并不方便。同时，响应时间相对较长，尤其是在湿度高的条件下更是如此，并且似乎非常高的湿度无法被测出，这导致传感器的动态范围小。该涂层的折射率应根据特定波导光栅而调整，因此其不能一般性用于其他的波导。因此，折射率传感器技术主要限于长周期光栅波导，而这种波导不能用于长周期的多传感器波导(long multiple sensor waveguide)中。
由J.L.Elster撰写的论文(“Long Period Grating-based pHsensors for corrosion monitoring，Blacksburg，Virginia，1999”)涉及长周期光栅波导上的一种聚丙烯酸涂层，其用于构成pH传感器。这类pH传感器是基于H+浓度改变所造成的包层周围涂层的折射率的改变。这类传感器具有类似于美国专利申请2005/0105841描述的相对湿度传感器的缺点。
US 7 038 190涉及一种利用医用级聚氨酯泡沫或聚酰亚胺来感应湿度的光学湿度传感器。其中，该申请描述了提供具有环氧丙稀酸酯的纤维，其具有与聚酰亚胺类似的热响应，但其对于湿度相对不敏感。因此，与聚酰亚胺组合使用，其可用作纤维光栅过滤器，以校准涂覆有聚酰亚胺的光栅由于温度的改变所导致的信号的改变。由于聚合物层的厚度，响应时间长(数小时)。没有关于该传感器的制备及特定性能的信息。
Xiamomei Liu等人(Sensors and Actuators B 96 2003，468-472)描述了一种具有聚丙烯酰胺水凝胶涂层的基于纤维布拉格光栅的传感器。膨胀的水凝胶一经与NaCl溶液接触即收缩，因此建议将该传感器用于直接测定NaCl的浓度。所述涂层作为一种水凝胶，使得传感器容易受到损坏，这是由于聚丙烯酰胺水凝胶具有相对低的硬度。此外，这种传感器包含一种厚水凝胶层，其不能应用于细管中。
本发明的一个目的是提供一种包含光栅的新型波导，该波导可用于光学传感器中，尤其用于利用布拉格反射或基于长周期光栅的检测机制的传感器中，其可用作已知波导光栅的一种替代，尤其用于测量湿度或测量其他分析物、或其他环境条件(的变化)，如物理参数(的变化)。本发明的一个具体目的是提供一种经改进的新型波导，尤其是包含该波导的检测系统被改善，因为其提供了如下至少一种优点：对于特定环境效应更高的选择性、更大的动态范围、更高的准确度、更强的稳健性(robustness)、更低的检测极限、更高的灵敏度、用单一波导重复测量方面更高的再现性、以及更高的制造再现性(即，来自不同波导的结果，尤其是源自不同制造批次的结果提高)。
用于测量某种环境条件的检测系统的选择性是指：在所选环境条件下，不受其他条件变化的影响，检测器对于变化的特定反应的程度。
传感器系统的动态范围是指该传感器系统可测量的可变量的范围，该范围的限值通过该传感器系统可测量的可变量的最小值和最大值来限定。
检测系统的准确度是该检测系统的读数或指示对于所测量的实际量值的接近度。
稳健性是检测系统对于检测系统中的变化、来自于特定样本的影响、以及来自于环境而非条件的影响(并非对于待测条件中的变化)的耐受程度。因此，由于系统更加稳定，测量信号中的本底噪声将会更小或者出现的假象(artefacts)，如波峰、基线漂移(base linedrift)和/或基线偏离(base line shift)将会更少。
检测极限是环境条件中可测量的最小变化。其通过信号噪声比(信噪比)确定。一般地，对于具体的物质，检测极限设定为信号噪声比为2(如果噪声以峰间值(peak to peak)表示)或4(如果噪声通过噪声均方根来表示(RMS噪声))。检测系统的灵敏度是测量信号相对于待测物质的浓度或量的特定变化的改变程度。
检测系统的灵敏度是通过该检测系统能测得的环境条件(如物理参数或化学参数)的最小变化。
人们已经发现，通过提供一种具有涂层的波导可实现这些目的中的一种或多种，其中该涂层包含在链上具有特定部分的聚合物。
因此，本发明涉及一种的波导，在该波导的至少一部分中包含光栅，该波导包含涂层，该涂层包含一种聚合物，该聚合物包含一种脂肪族链，该脂肪族链具有官能性侧链。该涂层优选是能够与将要检测其存在与否的化学物质(分析物)相互作用的涂层，通过这种相互作用，该波导的轴向应变(axial strain)改变。
特别地，本发明涉及一种波导，在该波导至少一部分中包含光栅，该波导包含一种涂层，该涂层包含一种聚合物，该聚合物包含一种脂肪族链，该脂肪族链具有官能性侧链、优选亲水性侧链，该侧链包含选自杂环烷基部分的至少一个部分(moiety)。
本文中使用的术语“官能性”表示能够与一种受关注的分析物相互作用、或者能够使聚合物具有使聚合物对环境条件(的变化)敏感的性质。优选地，官能性侧链是亲水性侧链。
侧链可适用于特定的应用，例如用于改善对测量特定分析物或特定物理参数(的变化)的选择性。
为了本发明的目的，术语波导用于光学波导。光学波导是一种物理结构，其在至少部分光谱中，即，在由电磁谱的红外区、可见区以及紫外区构成的光谱的至少一部分中，引导电磁波。一般地，波导为细长形式。常规类型的波导包括光学纤维(光纤)(例如如上引用的现有技术中所提到的)，以及矩形波导。波导在商业上可通过许多来源获得。其制造及应用可以在Encyclopedia of LaserPhysics and Technology(http://www.rp-photonics.com/encyclopedia.html)中找到。纤维布拉格光栅(Fibre Bragg Gratings)由FOS&S，海尔(Geel)，比利时提供。
为了本发明的目的，下文中“光栅”表示波导芯部分中波导材料折射率的周期性变化。光栅反射电磁波中的特定波长并透射其他波长，并且可用作内嵌光学滤光器(inline optical filter)或用作波长特异性反射器(wavelength-specific reflector)。
为了本发明的目的，下文中“脂肪族链”代表链上不含有芳香族部分的链。典型地，脂肪族链包含有助于材料挠性(flexibility)的单键。
为了本发明的目的，“亲水性”表示分子物质(molecular entity)或取代基与极性溶剂，尤其是水，或与其他极性基团相互作用的能力。
极性基团是其中电子分布不均匀的任何化学基团，使得其能够参与静电相互作用，例如与受关注的分析物之间的氢键合或其他偶极-偶极相互作用。
如果极性组分的汉森溶解度参数(Hansen solubility parameter)大于10，优选大于15，则侧链尤其被认为是极性的。
如果聚合物的表面可被水浸湿，在表面形成水膜或涂层，则侧链尤其被认为是极性的。极性聚合物通常具有高表面张力和/或高介电常数。
如果聚合物的介电常数至少为8，更特别地至少为10，则其尤其被认为是高介电常数。
如果表面张力至少为35达因/cm，更特别地至少为39达因/cm，则其尤其被认为是高表面张力。
本发明还涉及一种传感器系统，包含根据本发明的波导、光源、以及光检测器(photo-detector)，能够确定作为波长的函数的到达检测器的光的强度。
根据本发明的传感器系统可尤其用于检测分析物，更具体地用于检测选自如下组的至少一种分析物：水、一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、硫化氢、氨、H2S、金属离子、含金属的离子、生物分子(例如DNA、RNA、肽、酶)、H+以及氢氧根离子(hydroxideions)。
此外，根据本发明的传感器系统可用于测量物理效应，如温度、压力或电压的变化。
涂层可通过UV固化代替热固化来制备。
根据本发明的光栅可尤其是一种纤维布拉格光栅(FBG)或长周期光栅(LPG)。
在一种具体的实施方式中，根据本发明的波导包含多个光栅，其典型地在空间上分离，优选2-500个，尤其是2-100个光栅。具体而言，对于纤维布拉格光栅，具有多个光栅是有利的。这允许波导上的各个光栅以这样一种方式设计：使其产生相对于该波导上其他光栅的独特光谱响应(unique spectral response)。这使得例如单一波导可用于在多个位置处测量环境效应。根据特定的独特光谱响应中的变化(在波导的一端或两端测量)，将清楚是在哪一个光栅附近环境效应发生改变。具体而言，在不同光栅涂覆有不同的聚合材料、用于响应不同环境效应的变化的情况下，这也使得单一波导可用于测量多个环境效应。
本发明还涉及一种包含本发明的波导的物体(object)，尤其涉及选自由以下构成的组的物体：基础设施单元(infrastructuralelements)，诸如堤、水坝、隧道、渠道、桥梁、道路；填埋场、地下水、油存储器或气存储器(oil or gas reservoirs)、高压电力电缆、感应炉，用于核磁共振测量的设备，如MRI或NMR设备，以及用于(化学)加工业的设备，如反应器、管线、分离装置、储存容器以及类似物。
根据本发明的涂层包含一种聚合物，该聚合物是这样一种物质，其中的分子、尤其是有机分子由至少两个单体单元，通常是至少10个单体单元，优选至少50个单体单元、至少100个单体单元或至少250个单体单元构成。该上限并不是特别关键的，例如可以是1 000个、10 000个、100 000个、1 000 000个、或大于1 000 000个单体单元。这些单体单元可以是相同的(均聚物)或该聚合物可由两种或更多种不同单体构成(共聚物)。
该聚合物包含具有单体单元的脂肪族链，其单体单元可以是一种或多种不同的类型。一般地，至少一种类型的单体包含为聚合物侧链的部分或包含可以被转化成聚合物侧链的部分。优选的具有脂肪族链的聚合物为由选自下组的至少一种单体构成的聚合物：丙烯酰吗啉、丙烯酸、丙烯酰胺、以及乙烯基吡咯烷酮。
合适的侧链包括选自由如下构成的组的部分(moiety)：杂环烷基部分、-Rn-OH、-Rn-CN、-Rn-NH2、-Rn-NO2、-Rn-COOH、-Rn-(CO)(NH2)-、-Rn-(CO)(NHR’)-、-Rn-(CO)(NR’R”)-、-Rn-NHR’以及Rn-NR’R”。在这些部分中，R、R’以及R”各自独立地代表烃部分(hydrocarbon moiety)，其可以是取代的或未取代的。该烃部分可选地包含一种或多种杂原子。特别地，R、R’和/或R”可包含1-20个、1-12个或1-6个碳原子。更特别地，R、R’和/或R”可包含取代的或未取代的C1-C4烷基。R’和R”可一起形成环形结构，如杂环烷基部分。整数n为1或0。
在一种实施方式中，根据本发明的聚合物的至少部分侧链包含的官能团为路易斯酸和/或布朗斯台德酸(
Figure BPA00001205922000081
 acid)和/或包含的官能团为路易斯碱和/或布朗斯台德碱。这类酸或碱的使用尤其适用于测量pH值或水的存在的传感器。
包含具有羧酸部分或胺部分的侧链的聚合物可用于提供用于pH传感器中、用于氨传感器中或用于酸(例如HCl)传感器中的波导。
在一种实施方式中，至少部分侧链包含能够与离子，尤其是金属离子或含金属离子的离子化合物形成配位键或其他键的官能团。
例如，侧链可包含羧酸基，例如，用于检测碱土金属离子，如Ca2+或Ba2+。
例如，侧链可包含冠醚。
尤其对于过渡金属离子，特异性配体在本领域中是已知的，例如来自Dictionary of Inorganic Compounds，Chapman & Hall，London，first edition 1992。能够连接至聚合物作为侧链(一部分)的配体的实例为：环戊二烯基、环辛二烯、三胺、二胺、乙腈/苯基氰、席夫碱(salen)、卟啉、三苯基膦、四甲基二胺、三甲氧基膦、二吡啶、咪唑、三联吡啶(terpyridine)以及邻菲罗啉(phenantroline)。这类官能团的使用尤其适用于其通过与特定配体的配位而测定作为分析物的一种或多种类型的金属离子的存在的传感器。
在一个优选的实施方式中，侧链包含至少一个选自杂环烷基部分(heterocycloalkyl moiety)的组的部分，其中所述杂环烷基部分包含至少一种选自由氮、硫和氧的组的杂原子。冠醚是杂环烷基部分的实例。更优选地，杂环烷基部分选自由吗啉部分、吡咯烷酮部分、噁唑烷部分、哌啶部分、四氢呋喃部分、四氢吡喃部分、哌嗪部分以及二噁烷部分构成的组。尤其优选地是吗啉部分和吡咯烷酮部分。这类官能团的使用尤其适用于可用于测量水的存在的传感器。
根据本发明的聚合物可包含交联点(crosslinks)。典型的交联度是每100个单体单元1-50个交联点。通过使聚合物与交联剂，例如基于交联前聚合物的总重量1w％至30w％的交联剂反应使得聚合链发生交联。
优选的交联剂的实例为多官能环氧化物以及多官能过氧化物或自由基形成的部分(radical forming moieties)、环氧氯丙烷。
同样可以通过使包含至少一种用于形成脂肪链的单体以及至少一种用于形成交联的多官能单体的单体混合物聚合，来制备交联聚合物。多官能单体的浓度例如可通过基于全部单体的1w％至30w％的范围内选择。交联剂的优选实例为多官能性芳香聚氨酯(甲基)丙烯酸(polyfunctional aromatic urethane(meth)acrylates)以及多官能性烷撑二醇(甲基)丙烯酸酯(polyfunctional alkylene glycol(meth)acrylate)以及二(甲基)丙烯酸脂肪酯(aliphaticdi(meth)acrylate)。
可膨胀性是交联度的函数。因此，交联度可用于优化用于某种应用的涂层。例如，对于湿度传感器，相对低的交联度是所期望的，例如在每100个单体单元1至20个交联点的范围内。例如，对于pH传感器，相对高的交联度是所期望的，例如在每100个单体单元20至50个交联的范围内。一般地，较高的交联度易于导致涂层响应于待测环境效应中的特定变化的膨胀程度较低。
优选的具有脂肪族链的交联聚合物为交联聚(丙烯酰吗啉)、交联聚(丙烯酸)、交联聚(丙烯酰胺)、交联聚(乙烯基吡咯烷酮)以及它们的交联共聚物。特别优选的交联聚合物为所述交联聚合物与至少一种交联剂交联的的共聚物，如选自多官能性芳香聚氨酯丙烯酸酯以及多官能性(甲基)丙烯酸乙二醇酯的至少一种交联剂。
根据本发明的涂层的厚度通常为至少0.5μm，优选为10μm，更优选至少20μm。通常，该厚度为200μm或更小，特别地，至多100μm，优选为75μm或更小，更优选为50μm或更小。相对薄的层对于短响应时间是有利的，相对厚的层对于高灵敏性是有利的。
该涂层通常是非凝胶化的(non-gellated)，尤其不被水凝胶化，尽管从原理上，在特定的实施方式中，特定的涂层可能在其用于传感器的过程中形成凝胶，尤其作为某些分析物吸附于该涂层中的结果。凝胶化的涂层可能更加容易遭受机械力(例如，表面摩擦、由于液体流经涂层所造成的腐蚀类效应、波导的弯曲等)造成的损坏。代替(水)凝胶，波导的涂层可以是无定形、结晶性、或半结晶性固体(在25℃下)。该涂层通常在基本上是无水的(除非水是一种待分析的化合物，在这种情况下，本发明的传感器中的波导的涂层通常吸附待检测的水)。如果水存在，其含量通常基于涂层总重量为0-10wt.％，特别为5wt.％或更少，更特别为2wt.％或更少。相对低的水含量尤其被认为有利于提供对于机械力造成的损伤具有良好抗性的涂层。此外，相对低的水含量被认为有利于高机械强度/硬度，尤其在升高的温度下。
本发明还涉及一种用于制备根据本发明的波导的方法，包括：
-提供波导，
-优选地，用硅烷溶液预处理波导(以改善润湿和粘附性)，
-向该波导的至少部分表面施加包含聚合物或其前体的涂层组合物，由此该涂层组合物形成至少基本上包围该波导光栅的层，以及，
-使该涂层组合物固化。
在本发明的一种有利的方法中，将待涂覆的波导或其至少一部分置于模具中，在模具中该波导或其部分的外表面与模具的内表面之间留出空间，将涂层组合物引入该空间；使涂层组合物固化。这种方法是尤其有益的，这是因为其允许制造多个波导，当这些波导用于本发明的传感器系统中时显示出良好的制造再现性(manufacturing reproducibility)。
可以对波导的所选部分进行涂覆。这样的部分不限于波导的末端。远离末端的一个或多个部分可以被选择性地涂覆。
在一种高度优选的方法中，模具对于用于引发聚合作用的辐射是可透过的(transmittant)。尤其地，该模具可对于适合于激活聚合作用的波长的光(通常为紫外光或可见范围内的光)是透明的，其中使用光激活聚合作用对模具中的涂层组合物进行固化。通常，在这种情况下，用于制备涂层的组合物包括光引发剂。选择所使用的光使得其能够激活引发剂。用于激活作用的合适的光引发剂以及合适的波长在本领域通常是已知的。
合适的自由基光引发剂的实例包括安息香衍生物、羟甲基安息香(methylolbenzoin)以及4-苯甲酰基-1，3-二氧戊烷衍生物、苯偶酰缩酮(benzilketals)、α，α-二烷氧基苯乙酮、α-羟基烷基苯酮、α-氨基烷基苯酮、酰基膦氧化物(acylphosphine oxide)、双酰基膦氧化物、酰基膦硫化物(acylphosphine sulphide)、卤代苯乙酮衍生物，以及类似物。
合适的引发剂的其他实例包括苯甲酮、羟甲基苯丙酮、二甲氧基苯基苯乙酮(dimethoxyphenylacetophenone)、2-甲基-1-[4-(甲硫基)-苯基]-2-吗啉基-丙-1-酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮、1-(4-十二烷基-苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮、二乙氧基苯基苯乙酮，以及类似物。可以使用氧化膦光引发剂类型(例如Ciba的Darocur TPO)如苯甲酰基二芳基膦氧化物光引发剂。
现通过如下实施例描述本发明。
实施例1(一般性)
对多种聚合物暴露于水蒸气时的膨胀能力进行评估。在表1和表2中，列出了这些聚合物以及所使用的配方。通过向金属条上施用涂层来测定溶胀比和向玻璃纤维施加应力的能力，在50℃下干燥该涂层，并将该条暴露于几种相对湿度下。当该聚合物涂层吸收水蒸气时，该涂层膨胀并且该条弯曲。弯曲度是对于涂层中的内应力以及对于拉紧玻璃纤维能力的度量值。
表1 乙烯基聚合物
  聚合物   溶剂  浓度(w％)  在90％RH下的溶胀度(w％)
  聚乙烯吡咯烷酮   乙醇  50  50
  聚乙烯醇   水  10  60
  聚丙烯酰吗啉   水  10  25
  聚丙烯酸   水  25  50
  聚丙烯酸钠   水  1  200
表2 其他相关聚合物
  聚合物  溶剂  浓度(w％)  在90％RH下的溶胀度(w％)
  羟丙纤维素  H2O中的10％NaOH  5  145
  淀粉  水  10  130
  凝胶  水  5  60
  Ac-Di-Sol  水  1  250
实施例2
在50℃下，将3.0g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K30(响应水的聚合物)溶解于3.0g的乙醇中。向该溶液中加入3.7g的水，并加入0.3g的4，4’-二叠氮二苯乙烯-2-2’-二磺酸二钠盐(4，4’-diazidostilbene-2-2’-disulphonic acid disodium salt)(交联剂)，并使之溶解。使用4.5g的乙醇对5.5g的该溶液进一步稀释。剥去涂有丙烯酸的纤维布拉格光栅(FBG)玻璃纤维上的丙烯酸涂层。使用浸涂机将所述经剥离的纤维浸入PVP溶液中，从而产生一种均匀的涂层，并在RT以及环境RH下，在UV光照下对其进行固化。将大约1μm的涂层沉积于该纤维上。重复此浸渍过程20-50次，在固化和干燥后获得20μm至50μm的涂层。在使用甲基丙烯酰基硅烷对玻璃纤维进行预处理后，同样重复浸渍实验，从而提高涂层对于玻璃的粘附性。
实施例3
将3.0g的丙烯酰吗啉(用于制备响应水的的聚合物)与1.0g的Actilane 170(交联剂)以及0.2g的Darocure 1173(光引发剂)进行混合。将由实施例2制得的经剥离的纤维浸入该混合物中，并在RT以及环境RH下，在UV光照下对其进行固化。浸入后，纤维表面形成珠-串形状(bead-string shape)。该表面的不规则性也由于加入溶剂降低混合物的粘性而得以降低。通过使用其中将涂层模塑于经剥离的纤维周围的模具而获得更好的结果。将可透过紫外光的聚合物模具置于纤维周围。将涂层组合物注入模具中并将该模具置于紫外固化箱(cube)中用于固化。生成的涂层不会粘在聚合物模具上。获得厚且光滑的涂层。在50％至90％RH下，反射波长的最大改变为0.1nm。
实施例4
将7.1g的丙烯酰吗啉(用于制备响应水的聚合物)与2.4g的Actilane 170(交联剂)、2.0g的二甲基丙烯酸三乙二醇酯(交联剂)以及0.5g Darocure 1173(光引发剂)进行混合。在光栅位置处对长纤维布拉格光栅剥离2cm。将可透过紫外光的聚合物模具放置在纤维周围。将该涂层组合物注入模具中，并将该模具放置于UV固化箱中用于固化。生成的涂层不会粘附至聚合物模具上。获得厚且光滑的涂层。在50％至90％RH下，反射波长的最大改变为0.2nm。
实施例5
将5.5g丙烯酰吗啉(用于制备易响应水的聚合物)与1.8g的Actilane 170(交联剂)、9.9g二甲基丙烯酸三乙二醇酯(交联剂)、2.3g丙烯酰胺以及0.25g Darocure 1173(光引发剂)进行混合。在光栅的位置处对四个纤维布拉格光栅剥离2cm。将纤维引入Vytran PTR-200再涂机(recoater)中，并将该单体混合物注入260μm的模具中，并进行紫外固化。生成的涂层不会粘附至玻璃模具上。使四个纤维经受几个相对湿度-温度周期。RH的范围在45％至100％，并且温度范围在20℃至85℃。图1示出了制作过程及传感器响应的再现性。第一个峰值是在23℃下测得，伴随RH起始于50％，升高至100％并降低至50％，随后温度被升高至50℃并进行相同的RH循环。随后，将温度再升高至85℃，随后为新的RH循环。这重复进行四次。结果显示，每个纤维对于至少4个连续周期中温度及相对湿度的升高，具有相同的响应。

Claims (20)

1.一种波导，在所述波导的至少一部分中包含光栅，所述波导包含涂层，所述涂层包含聚合物，所述聚合物包含脂肪族链，所述脂肪族链具有官能性侧链，所述侧链包含至少一个选自杂环烷基部分构成的组的部分，其中所述涂层是非凝胶化的。
2.根据权利要求1所述的波导，其中，所述脂肪族链具有亲水性侧链，所述侧链包含至少一个选自杂环烷基部分构成的组的部分。
3.根据权利要求1所述的波导，其中，所述杂环烷基部分包含至少一种选自由氮、硫和氧构成的组的杂原子。
4.根据权利要求3所述的波导，其中，所述聚合物包含侧链，该侧链包含至少一种选自由吗啉部分、吡咯烷酮部分、吡咯烷部分、噁唑烷部分、哌啶部分、四氢呋喃部分、四氢吡喃部分、哌嗪部分以及二噁烷部分构成的组的杂环烷基部分。
5.根据前述权利要求中任一项所述的波导，其中，所述涂层是无定形固体、结晶性固体或半结晶性固体。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，所述波导的所述光栅包括纤维布拉格光栅和/或长周期光栅。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，所述波导上的所述涂层具有0.5μm至200μm的厚度。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，所述波导上的所述涂层具有10μm至100μm的厚度。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，所述波导上的所述涂层具有20μm至50μm的厚度。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，所述聚合物包含交联点。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，基于所述涂层的总重量，所述涂层包含0-10wt.％的水。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，基于所述涂层的总重量，所述涂层包含5wt.％的水或更少。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的波导，其中，基于所述涂层的总重量，所述涂层包含2wt.％的水或更少。
14.一种传感器系统，包含：根据前述权利要求中任一项所述的波导，光源，以及光检测器。
15.根据权利要求14所述的传感器系统在检测至少一种选自由水、一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、硫化氢、氨、金属离子、含金属的离子、生物分子、H+以及氢氧根离子构成的组的分析物中的用途。
16.根据权利要求15所述的用途，其中，所述生物分子为DNA、RNA、肽、酶。
17.包含根据权利要求1-13中任一项所述的波导的物体，选自由基础设施单元、填埋场、地下水、油存储器或气存储器、高压电力电缆、感应炉、用于核磁共振测量的设备、以及用于加工业的设备构成的组的物体。
18.根据权利要求17所述的物体，其中，所述基础设施单元为堤、水坝、隧道、渠道、桥梁、道路。
19.根据权利要求17所述的物体，其中，用于核磁共振测量的所述设备为MRI或NMR设备。
20.根据权利要求17所述的物体，其中，用于加工业的所述设备为反应器、管线、分离装置、储存容器。
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