CN104020140A - 双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器，属于光纤传感技术领域。该传感器采用终端反射式传感结构，将纤芯直径为400μm-600μm，数值孔径不低于0.18的塑料包层多模光纤的纤芯端面抛光，并将抛光的光纤纤芯端面溅射200nm以上厚度的银膜，形成反射镜面；将多模光纤上的两段涂覆层和包层剥去形成两个长度为5mm-20mm的传感通道；一个传感通道表面溅射厚度为45-55nm的金膜，另一个传感通道按照银-金交替的顺序溅射总厚度为30-50nm的银金2n层以上交替膜系。采用较为简单的溅射镀膜工艺实现了双通道信号的解调，避免了采用的生化膜系合成、聚合物表面修饰等复杂的生化处理过程。

Description

双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种具有自补偿功能的双通道光纤表面等离子体共振生化传感器。
背景技术
目前采用表面等离子体共振原理的双通道生化传感器多采用棱镜耦合结构，该类传感器结构复杂、体积较大、制作成本昂贵，难以在工业生产中形成广泛应用；而目前已出现的基于表面等离子体共振原理的双通道光纤传感器多采用合成聚合物膜系、纳米粒子表面修饰等生化方法，工艺过程过于复杂且稳定性较差；目前虽有多层金属交替膜系的表面等离子体共振传感器出现，但是多为单通道结构，在对生化样品的传感检测中容易受到温度或样品溶液本体折射率变化及样品挥发等因素的影响，传感器不具备补偿能力，检测的精确度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自补偿功能的双通道光纤表面等离子体共振生化传感器，对于两个通道的信号解调无需对传感膜表面进行复杂的生化处理，采用镀膜工艺即可实现；采用光纤跳线传输信号，避免了棱镜耦合式表面等离子体共振传感器的复杂结构；通过调控传感通道纤芯表面的镀膜材料、镀膜厚度及镀膜方式实现两个通道对样品折射率和温度变化响应的一致性，从而可避免在生化检测中温度或样品本体折射率变化对检测造成的干扰，实现传感器的自补偿功能。
本发明所采用的技术方案是：
一种双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器，该传感器采用终端反射式传感结构，塑料包层多模光纤的纤芯直径为400μm-600μm、数值孔径不低于0.18；端面抛光的光纤纤芯端面溅射200nm以上厚度的银膜，形成反射镜面；剥去靠近反射镜面的多模光纤上的两段涂覆层和包层，形成两个传感通道，两个传感通道的长度为5mm-20mm，两个通道之间有间隔；两个传感通道表面均匀溅射镀膜，调控两个通道表面的镀膜材料、镀膜厚度及镀膜层数使两个通道的光谱分离，使两个通道对温度及样品溶液折射率具有相同的响应灵敏度，使该双通道传感器具备对温度及折射率的自补偿功能；一个传感通道表面溅射厚度为45-55nm的金膜，另一个传感通道按照银-金交替的顺序溅射总厚度为30-50nm的银-金2n层以上交替膜系，每层银和每层金的厚度比为2:1-4:3；其中，n≥2。
采用Y型的多模光纤跳线进行信号的耦合传输。光纤光源发射的宽谱光经Y型光纤跳线的一支进入双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器，在传感通道纤芯和金属薄膜界面激发表面等离子体共振，传感信号在反射端面发生镜面反射，经跳线一支耦合到光谱仪CCD上进行探测。
本发明的效果和益处是：
采用较为简单的磁控溅射镀膜工艺实现了双通道信号的解调，通过调控传感通道纤芯表面的镀膜材料、镀膜厚度及镀膜方式使两个通道对温度及样品折射率具有极为接近的响应灵敏度，从而使传感器具备了自补偿功能。传感器性能稳定、工艺简单、成本较低并对传感检测具有较高的灵敏度。
附图说明
附图是双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器结构示意图。
图中：1金膜；2银金六层交替膜；3反射镜面。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明以表面等离子体共振作为传感原理，该效应的产生依赖于宽谱光源，目的是在光纤中实现波长调制方式的传感检测。为了增强信号强度、优化传感性能，制作传感器的光纤选择大孔径多模光纤。本发明采用的光纤为纤芯、包层、涂覆层直径分别为400μm、430μm、730μm，数值孔径0.37的大孔径塑料包层光纤。
本发明的制备过程如下：
(1) 首先取60mm长一段光纤，在距光纤端面10mm和20mm的位置处，使用光纤钳分别剥去5mm的光纤涂覆层。
(2) 将光纤纤芯端面用砂纸抛光，并用镀膜机镀镀制200nm以上厚度的银膜，形成反射镜面。
(3) 将环氧树脂A、B胶1:1比例混合后封装反射镜面，防止使用过程中对反射镜面造成损坏。
(4) 将剥去涂覆层的传感通道的光纤包层去除。采用丙酮溶液浸泡传感通道，使光纤塑料包层完全脱落。
(5) 传感器在镀膜机中采用360°旋转的方式镀膜，使镀膜材料均匀溅射到传感通道全部表面。其中一个通道的表面镀制55nm金，另一个通道按照银-金-银-金-银-金的顺序交替镀制金银材料，形成总厚度45nm的银金六层交替膜系，其中银每层10nm，金每层5nm。

Claims (1)

1.一种双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器，其特征在于：该传感器采用终端反射式传感结构，塑料包层多模光纤的纤芯直径为400μm-600μm、数值孔径不低于0.18；端面抛光的光纤纤芯端面溅射200nm以上厚度的银膜，形成反射镜面；剥去靠近反射镜面的多模光纤上的两段涂覆层和包层，形成两个传感通道，两个传感通道的长度为5mm-20mm，两个通道之间有间隔；两个传感通道表面均匀溅射镀膜，调控两个通道表面的镀膜材料、镀膜厚度及镀膜层数使两个通道的光谱分离，使两个通道对温度及样品溶液折射率具有相同的响应灵敏度，使该双通道传感器具备对温度及折射率的自补偿功能；一个传感通道表面溅射厚度为45-55nm的金膜，另一个传感通道按照银-金交替的顺序溅射总厚度为30-50nm的银-金2n层以上交替膜系，每层银和每层金的厚度比为2:1-4:3；其中，n≥2。
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