CN106770057A - 一种基于等离子体共振的光纤传感器及装置 - Google Patents

一种基于等离子体共振的光纤传感器及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于等离子体共振的光纤传感器及装置，该传感器的光纤内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔、第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔；第一气孔层和第二气孔层均包含多个独立气孔；其中：中央气孔设置在光纤的中心位置，第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔均以中央气孔为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层和第二气孔层均构成六边形的形状，扇环形气孔靠近中心的一侧镀有膜；中央气孔和第二气孔层内注入空气介质，第一气孔层内注入金属介质，扇环形气孔内注入待检测的液体介质。本发明制作简单，灵敏度高，综合性能较好，有效扩大了传感器的探测范围，能满足更广泛的应用需求。

Description

一种基于等离子体共振的光纤传感器及装置
技术领域
本发明涉及离子体共振传感技术领域，尤其涉及一种基于等离子体共振的光纤传感器及装置。
背景技术
光纤传感器是伴随着光纤的出现和光纤通信的发展而产生的。它是以光为载体，以光纤为传输介质，对被测参量实现传感的器件。上世纪八十年代，低损耗石英光纤的拉制成功并进入商业化，使得光纤传感技术显示出了广阔的应用前景。自此以后，对光纤传感器的研究始终作为传感器技术发展的前沿课题。上世纪九十年代后期，在光通信技术的带动下光纤传感技术呈现产业化发展并逐渐应用到医学和生物、国防和军事、电力和能源、环境和化工、智能结构五大领域。与光纤通信技术一起成为光纤技术的两个重要应用领域。
目前，表面等离子体激元(surface plasmon polaritons，SPP)因其独特的光学性质，吸引了众多研究者的关注，在光学传感探测、纳米光子学、近场光学等领域具有重要应用，形成了一系列新的热点方向。表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)光学传感器将光纤传感器和表面等离子体有机的结合起来，具有灵敏度高、免标记、可实时检测等突出优点，在化学、生物、环境及医药等领域已展现出了广阔的应用前景。尤其是近些年，随着光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)技术的发展，为表面等离子体共振在光学传感方面的应用提供了新的平台，人们研究了各种类型的基于PCF的SPR传感器，这些新型的传感器大都具有结构灵活、体积小、可集成、遥感等特点，应用潜力巨大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中等离子体共振的光纤传感器装置表面等离子共振强度较弱，模式的分布较分散，不便于仪器的测量，灵敏度低，综合性能较差的缺陷，提供一种易于探测，便于制造，灵敏度高，综合性能更优的基于等离子体共振的光纤传感器及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种基于等离子体共振的光纤传感器，光纤内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔、第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔；第一气孔层和第二气孔层均包含多个独立气孔；其中：
中央气孔设置在光纤的中心位置，第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔均以中央气孔为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层和第二气孔层均构成六边形的形状，扇环形气孔靠近中心的一侧镀有膜；中央气孔和第二气孔层内注入空气介质，第一气孔层内注入金属介质，扇环形气孔内注入待检测的液体介质。
进一步地，本发明的中央气孔设置有1个，其水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。
进一步地，本发明的第一气孔层设置有不少于6个气孔，第二气孔层设置有不少于12个气孔。
进一步地，本发明的第一气孔层和第二气孔层中的气孔的水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。
进一步地，本发明的第一气孔层注入的金属介质的材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金。
进一步地，本发明的扇环形气孔设置有2-6个，扇环形气孔之间的间距相等，且间距所占的弧度小于扇环形气孔所占弧度的五分之一。
进一步地，本发明的扇环形气孔靠近中心一侧的膜的材料为MgF2。
本发明提供一种基于等离子体共振的光纤传感器的装置，包括：光源、耦合器、光纤、光谱数据采集单元和实时监测单元；其中：
光源的输出端与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与光纤相连；该光纤内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔、第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔；第一气孔层和第二气孔层均包含多个独立气孔；其中：中央气孔设置在光纤的中心位置，第一气孔层、第二气孔层和扇环形气孔均以中央气孔为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层和第二气孔层均构成六边形的形状，扇环形气孔靠近中心的一侧镀有膜；中央气孔和第二气孔层内注入空气介质，第一气孔层内注入金属介质，扇环形气孔内注入待检测的液体介质；光谱数据采集单元获取通过光纤的光信号，并将光信号发送给实时监测单元进行分析和监测。
本发明产生的有益效果是：本发明的基于等离子体共振的光纤传感器及装置，结构简单稳定，易于制作，便于大量生产，并且可以在一定程度上促进传感器的小型化；选择扇环形气孔作为样品通道，能够有效的解决样品封装的问题；在两层空气孔层中间加入的金属气孔层，有利于增大表面等离子体共振的强度，使模式分布更加集中，有效扩大了传感器的探测范围，能满足更广泛的应用需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的光纤传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例的装置结构示意图；
图中：1-中央气孔，2-第一气孔层，3-第二气孔层，4-膜，5-扇环形气孔，6-光纤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的基于等离子体共振的光纤传感器，光纤6内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔1、第一气孔层2、第二气孔层3和扇环形气孔5；第一气孔层2和第二气孔层3均包含多个独立气孔；其中：
中央气孔1设置在光纤6的中心位置，第一气孔层2、第二气孔层3和扇环形气孔5均以中央气孔1为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层2和第二气孔层3均构成六边形的形状，扇环形气孔5靠近中心的一侧镀有膜4；中央气孔1和第二气孔层3内注入空气介质，第一气孔层2内注入金属介质，扇环形气孔5内注入待检测的液体介质。
中央气孔1设置有1个，其水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。本实施例优选为圆形。
第一气孔层2设置有不少于6个气孔，第二气孔层3设置有不少于12个气孔。本实施例优选为，第一气孔层2设置有6个气孔，第二气孔层3设置有12个气孔。
第一气孔层2和第二气孔层3中的气孔的水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。本实施例优选为圆形。
第一气孔层2注入的金属介质的材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金。本实施例优选为银。
扇环形气孔5设置有2-6个，扇环形气孔5之间的间距相等，且间距所占的弧度小于扇环形气孔5所占弧度的五分之一。本实施例优选为，扇环形气孔5设置有2个。
扇环形气孔5靠近中心一侧的膜4的材料为MgF2。
如图2所示，本发明实施例的基于等离子体共振的光纤传感器装置，包括：光源、耦合器、光纤6、光谱数据采集单元和实时监测单元；其中：
光源的输出端与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与光纤6相连；该光纤6内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔1、第一气孔层2、第二气孔层3和扇环形气孔5；第一气孔层2和第二气孔层3均包含多个独立气孔；其中：中央气孔1设置在光纤6的中心位置，第一气孔层2、第二气孔层3和扇环形气孔5均以中央气孔1为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层2和第二气孔层3均构成六边形的形状，扇环形气孔5靠近中心的一侧镀有膜4；中央气孔1和第二气孔层3内注入空气介质，第一气孔层2内注入金属介质，扇环形气孔5内注入待检测的液体介质；光谱数据采集单元获取通过光纤6的光信号，并将光信号发送给实时监测单元进行分析和监测。
在本发明的另一个具体实施例中，基于等离子体共振的光纤传感器装置，包括：光源、耦合装置、光纤、光谱仪，所述光纤在纤芯设有多个气孔，纤芯中央的气孔由一个中央气孔构成，在纤芯的中部位置，由第一气孔层2和第二气孔层3构成，且气孔的数目分别为六和十二，第一气孔层2和第二气孔层3的介质分别为金属和空气，且两层气孔层均构成六边形的形状，在纤芯外侧，由两个扇环形气孔5构成，扇环形气孔靠近纤芯中央位置一侧镀有膜4，膜的材料为MgF2。
以样品的折射率检测为具体实施例。若待测样品采用某水溶液，折射率一般为1.30～1.35，目标参量为样品的折射率。光纤背景材料为石英玻璃，利用光纤开孔技术，在光纤边缘位置打孔，使待测样品流过扇环形大孔后，纤芯传导模和等离子体波耦合，进而引起损耗峰值的变换，从而完成利用共振耦合效应完成待测样品折射率的等物理量的实时监控。
光源根据损耗峰值的变化合理选取，耦合装置由一系列的耦合光纤透镜及显微镜组成，其作用将光源最大限度的耦合到光纤中去，待测液体流过光纤，通过光谱仪的数据得出损耗峰的变化传感微流体的折射率变化等参数。
本发明中，通过在光纤内部开了三层空气孔，在第二层空气孔中注入金属，其他两层为空气，这种内部的光纤的设计加强了表面等离子体共振的强度；在光纤的外部开扇环形孔，有利于待测的注入，在一定程度上实现了光纤的多次循环利用。整体的结构也起到了简化制作的问题，提高了光纤传感器装置的灵敏度，实现了综合性能的提高。
本发明的光纤传感器和装置，通过对光纤的结构合理的结构设计和材料选择，解决了或部分解决了现有技术中的等离子体共振的光纤传感器装置能量损耗大，模式的分布较分散，封装难度大，灵敏度低，制造难度大，综合性能较差的技术问题，实现了能量损耗小，可易于制造，灵敏度高，综合性能更优的光纤传感器装置。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，光纤(6)内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔(1)、第一气孔层(2)、第二气孔层(3)和扇环形气孔(5)；第一气孔层(2)和第二气孔层(3)均包含多个独立气孔；其中：
中央气孔(1)设置在光纤(6)的中心位置，第一气孔层(2)、第二气孔层(3)和扇环形气孔(5)均以中央气孔(1)为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层(2)和第二气孔层(3)均构成六边形的形状，扇环形气孔(5)靠近中心的一侧镀有膜(4)；中央气孔(1)和第二气孔层(3)内注入空气介质，第一气孔层(2)内注入金属介质，扇环形气孔(5)内注入待检测的液体介质。
2.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，中央气孔(1)设置有1个，其水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。
3.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，第一气孔层(2)设置有不少于6个气孔，第二气孔层(3)设置有不少于12个气孔。
4.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，第一气孔层(2)和第二气孔层(3)中的气孔的水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，第一气孔层(2)注入的金属介质的材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金。
6.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，扇环形气孔(5)设置有2-6个，扇环形气孔(5)之间的间距相等，且间距所占的弧度小于扇环形气孔(5)所占弧度的五分之一。
7.根据权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器，其特征在于，扇环形气孔(5)靠近中心一侧的膜(4)的材料为MgF2。
8.一种采用权利要求1所述的基于等离子体共振的光纤传感器的装置，其特征在于，包括：光源、耦合器、光纤(6)、光谱数据采集单元和实时监测单元；其中：
光源的输出端与耦合器的输入端相连，耦合器的输出端与光纤(6)相连；该光纤(6)内设置有多层气孔，多层气孔包括由内向外设置的中央气孔(1)、第一气孔层(2)、第二气孔层(3)和扇环形气孔(5)；第一气孔层(2)和第二气孔层(3)均包含多个独立气孔；其中：中央气孔(1)设置在光纤(6)的中心位置，第一气孔层(2)、第二气孔层(3)和扇环形气孔(5)均以中央气孔(1)为对称中心呈中心对称排列，且第一气孔层(2)和第二气孔层(3)均构成六边形的形状，扇环形气孔(5)靠近中心的一侧镀有膜(4)；中央气孔(1)和第二气孔层(3)内注入空气介质，第一气孔层(2)内注入金属介质，扇环形气孔(5)内注入待检测的液体介质；光谱数据采集单元获取通过光纤(6)的光信号，并将光信号发送给实时监测单元进行分析和监测。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107976421A (zh) * 2017-11-10 2018-05-01 东北石油大学 工作在高折射率溶液环境下的双对称pcf-spr探针
CN108181682A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 武汉工程大学 一种光子晶体光纤及表面等离子体共振传感器
CN109100331A (zh) * 2018-07-02 2018-12-28 桂林电子科技大学 一种正六边形晶格结构的金属孔阵列等离激元光纤传感器
CN109298481A (zh) * 2018-10-09 2019-02-01 东北大学 自发产生spr效应的金属银填充光子晶体光纤及其制法
CN110441261A (zh) * 2019-08-15 2019-11-12 华北水利水电大学 一种双通道同步检测的光子晶体光纤传感器
CN111977958A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 东北大学 一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201302545Y (zh) * 2008-09-28 2009-09-02 邢凤飞 一种光纤表面等离子体共振传感检测装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201302545Y (zh) * 2008-09-28 2009-09-02 邢凤飞 一种光纤表面等离子体共振传感检测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
伏祥勇: "基于光子晶体光纤的表面等离子共振传感器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107976421A (zh) * 2017-11-10 2018-05-01 东北石油大学 工作在高折射率溶液环境下的双对称pcf-spr探针
CN108181682A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 武汉工程大学 一种光子晶体光纤及表面等离子体共振传感器
CN109100331A (zh) * 2018-07-02 2018-12-28 桂林电子科技大学 一种正六边形晶格结构的金属孔阵列等离激元光纤传感器
CN109298481A (zh) * 2018-10-09 2019-02-01 东北大学 自发产生spr效应的金属银填充光子晶体光纤及其制法
CN110441261A (zh) * 2019-08-15 2019-11-12 华北水利水电大学 一种双通道同步检测的光子晶体光纤传感器
CN110441261B (zh) * 2019-08-15 2022-05-06 华北水利水电大学 一种双通道同步检测的光子晶体光纤传感器
CN111977958A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 东北大学 一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法
CN111977958B (zh) * 2020-08-25 2021-10-22 东北大学 一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法

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