CN108387551B - 一种基于导模共振效应的传感器 - Google Patents

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

Abstract

本发明公开了一种基于导模共振效应的传感器，所述传感器包括上下结构对称的第一光栅结构A和第二光栅结构B，所述第一光栅结构A和第二光栅结构B之间设有一具有腔体结构的微流层C，所述微流层C通过微流导管向其内通入不同的测量样品。本发明具有制作工艺简单、操作简便、检测精度和灵敏度高、能够检测出更微小的待测样本的折射率变化等优点。

Description

一种基于导模共振效应的传感器
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于导模共振效应的传感器。
背景技术
随着科学技术的不断进步，光学检测技术在生物医学工程，信息科学，精密仪器等领域发挥着越来越重要的作用。光学检测方法利用物质的光谱特性或物理光学特性进行测量，具有检测速度快、灵敏度高等优点，且在操作过程中不需要使用试剂，对环境污染小、测试精度高。因此近些年来越来越受到研究者的重视。
折射率、浓度等是表征溶液特性的重要参数，随着科学技术的进步，对折射率和浓度的精度要求也越来越高，因而提高测量精确度一直是重要的研究课题。在先技术中，申请号为201520474786.0，名称为基于导模共振效应的液体浓度光学检测装置的中国实用新型专利，该光学检测装置能实现对溶液浓度的检测，而该装置所用的导模共振传感器件，采用双层膜单响应峰值设计，因此在检测精度以及灵敏度方面尚有诸多不足。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种制作工艺简单、操作简便、检测精度和灵敏度高、能够检测出更微小的待测样本折射率变化的基于导模共振效应的传感器。
为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：
一种基于导模共振效应的传感器，所述传感器包括上下结构对称的第一光栅结构A和第二光栅结构B，所述第一光栅结构A和第二光栅结构B之间设有一具有腔体结构的微流层C，所述微流层C通过微流导管向其内通入不同的测量样品。
所述第一光栅结构A从上到下依次设有基底层、二氧化铪波导层、五氧化二铌波导层以及光栅层。
所述第二光栅结构B从上到下依次设有光栅层、二氧化铪波导层、五氧化二铌波导层以及基底层。
所述基底层由K9玻璃制成。
所述光栅层由光刻胶制成。
所述微流层的厚度为微米数量级。
入射到所述传感器的光会同时产生两个峰值响应波长λ1和λ2，当微流层C中测量样品的介质折射率增大时，两个峰值响应波长λ1和λ2会发生移动，两个峰值响应波长λ1和λ2之间的峰值之差λ3会随着待测样品折射率的提高而减小，且两个峰值响应波长λ1和λ2的移动量随着待测样品折射率的提高而增大。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：本发明传感器在测量折射率变化微小的待测样品时，能够得到更为精确的数值，操作方便，检测简单；当微流层中通入不同的待测样本时，由于传感器本身能产生两个峰值响应波长，随着待测样品折射率的微小变化，两个峰值响应波长之差也随之变化，本发明的特有结构使得检测精度大幅度提高，且能够检测出更微小的待测样本的折射率变化。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本发明基于导模共振效应的传感器的侧面图；
图2：本发明基于导模共振效应的传感器工作时的结构示意图；
图3：本发明基于导模共振效应的传感器的微流腔内通过待测样品时的光谱响应曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
如图1所示，本实施例基于导模共振效应的传感器，所述传感器1包括上下结构对称的第一光栅结构A和第二光栅结构B，所述第一光栅结构A和第二光栅结构B之间设有一具有腔体结构的微流层C，所述微流层C通过微流导管向其内通入不同的测量样品。利用本实施例传感器产生的双峰值响应波长可有效地提高微流层C中待测样品的分辨能力和检测精度。
所述微流层C的厚度为微米数量级。微流层C用圆环形密闭热熔胶经过加热粘合上下两个第一光栅结构A和第二光栅结构B上，形成气密性良好的腔体，在所述微流层C的两端通过微流导管与外界相连，此微流腔体可通入不同的待测样品进行测量。
所述第一光栅结构A从上到下依次设有基底层10、二氧化铪波导层20、五氧化二铌波导层30以及光栅层40。所述第二光栅结构B从上到下依次设有光栅层40、二氧化铪波导层20、五氧化二铌波导层30以及基底层10。其中，所述基底层10由K9玻璃制成，所述光栅层40由光刻胶制成。
如图2所示，其中，附图标记2为光源、1为传感器、3为光谱仪，当所述光源1正对所述传感器1设置时，光源1发出的光正向入射到所述传感器1，并经过容纳有待测样品的微流层C，光谱仪3接收微流腔C底部的垂直出射光。
如图3所示，所述传感器1的微流层C内通入折射率分别为1.0和1.2的样品时的光谱响应曲线图，其中实线图表示折射率为1.0的光谱响应曲线图，虚线图表示折射率为1.2的光谱响应曲线图，并且每条光谱响应曲线图均对应有两个峰值响应波长λ1和λ2。从如图3所述的光谱曲线图上可以清晰的看出微流层C中样品折射率的改变会带来的光谱响应峰值的漂移。其中Δλ1和Δλ2分别表示当样品折射率改变时峰值响应波长λ1，λ2的移动量，λ3表示两个峰值响应波长λ1和λ2之间的峰值之差。
当一束光正入射到所述传感器1时，会同时产生两个峰值响应波长λ1和λ2；当微流层C中测量样品的介质折射率从1.0增大到1.2时，两个峰值响应波长λ1和λ2会向左移动，且两个峰值响应波长λ1和λ2之间的峰值之差λ3会随着样品折射率的提高而减小，峰值响应波长λ1，λ2的移动量随着样品折射率的提高而增大，即Δλ2＜Δλ1。
以下通过多组实验数据证明本发明相对于现有技术所取得的进步。
当该传感器1的微流层C中通入不同折射率的待测样品溶液时，得到的实验结果如下：
样品折射率 λ<sub>1</sub>/nm λ<sub>2</sub>/nm λ<sub>3</sub>/nm
1.000 705.573 716.717 11.144
1.001 705.593 716.736 11.143
1.002 705.613 716.755 11.142
1.003 705.634 716.774 11.140
从实验结果可以发现，当待测样品的折射率变大时，峰值响应波长λ1，λ2均变大，同时λ3不断变小，即两个峰值之间的峰值之差随着样品折射率的提高而减小。由此，本发明传感器可能够分辨折射率相差千分之一的样品溶液，检测精度高，适用于折射率变化微小的待测样品。
本发明基于导模共振效应的传感器，特别是在测量折射率变化微小的待测样品时，能够得到更为精确的数值，操作方便，检测简单；本发明相比于传统的单峰值的导模共振传感器，提高了传感器的灵敏度，从而提高了整个光学检测系统的性能；且本发明传感器在工艺上制作简便，操作简单，利于推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种基于导模共振效应的传感器，其特征在于，所述传感器（1）包括上下结构对称的第一光栅结构A和第二光栅结构B，所述第一光栅结构A和第二光栅结构B之间设有一具有腔体结构的微流层C，所述微流层C采用圆环形密闭热熔胶经过加热粘合在上下两个第一光栅结构A和第二光栅结构B上，形成气密性良好的腔体，在所述微流层C的两端通过微流导管与外界相连，所述微流层C通过微流导管向其内通入不同的测量样品；所述第一光栅结构A从上到下依次设有基底层（10）、二氧化铪波导层（20）、五氧化二铌波导层（30）以及光栅层（40）；所述第二光栅结构B从上到下依次设有光栅层（40）、二氧化铪波导层（20）、五氧化二铌波导层（30）以及基底层（10）。
2.根据权利要求1所述的基于导模共振效应的传感器，其特征在于，所述基底层（10）由K9玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的基于导模共振效应的传感器，其特征在于，所述光栅层（40）由光刻胶制成。
4.根据权利要求1所述的基于导模共振效应的传感器，其特征在于，所述微流层C的厚度为微米数量级。
5.根据权利要求1所述的基于导模共振效应的传感器，其特征在于，入射到所述传感器（1）的光会同时产生两个峰值响应波长λ1和λ2，当微流层C中测量样品的介质折射率增大时，两个峰值响应波长λ1和λ2会发生移动，两个峰值响应波长λ1和λ2之间的峰值之差λ3会随着待测样品折射率的提高而减小。
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