CN116380842A - 一种传感探头及其制备方法、传感器 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种传感探头及其制备方法、传感器。传感探头包括纤芯、包层以及量子点材料，纤芯用于传输光信号，包层套设在纤芯外，包层包括第一包层部和第二包层部，第一包层部的外表面相对于第二包层部的外表面向内凹陷，量子点材料设置在第一包层部的外表面上，量子点材料用于与被检测对象作用以改变第一包层部的折射率，使光信号在经过第一包层部时光强变化。本公开技术方案可以通过量子点材料与被检测对象作用从而改变光信号的强度，以实现对于被检测对象的检测，结构简单，灵敏度高，可靠性强。

Description

一种传感探头及其制备方法、传感器

技术领域

本公开涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感探头及其制备方法、传感器。

背景技术

光学传感器工作原理是通过分子识别原件与待测物体特异结合后输出特征光学信号，通过检测光学信号的变化情况实现传感。光学传感器具有能够适应极端恶劣环境、不受电磁干扰、耐腐蚀、传输信号安全、损耗低以及体积小的特点，在物理、化学以及生物医学和生命科学等多个研究领域具有广泛应用前景。

发明内容

本公开实施例提供一种传感探头及其制备方法、传感器，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

作为本公开实施例的第一方面，本公开实施例提供一种传感探头，传感探头包括纤芯、包层以及量子点材料，纤芯用于传输光信号，包层套设在纤芯外，包层包括第一包层部和第二包层部，第一包层部的外表面相对于第二包层部的外表面向内凹陷，量子点材料设置在第一包层部的外表面上，量子点材料用于与被检测对象作用以改变第一包层部的折射率，使光信号在经过第一包层部时光强变化。

在一些可能的实现方式中，第一包层部和第二包层部均环绕纤芯设置，第二包层部位于第一包层部的两侧。

在一些可能的实现方式中，第一包层部呈弧形凹陷设置，第一包层部的外径自边缘朝向中部逐渐减小。

在一些可能的实现方式中，第一包层部在纤芯的延伸方向上的尺寸为3-5mm；和/或

第一包层部的外径为10-20μm。

在一些可能的实现方式中，量子点材料包括碳量子点。

在一些可能的实现方式中，量子点材料包括聚乙烯亚胺和碳量子点，碳量子点被聚乙烯亚胺包覆；或者，

量子点材料为柠檬酸和二亚乙基三胺合成的碳量子点。

作为本公开实施例的第二方面，本公开实施例提供一种传感探头的制备方法，方法包括：

提供光纤，光纤包括纤芯和套设在纤芯外的包层；

采用化学刻蚀液去除包层的至少部分材料，被去除材料的位置形成第一包层部，其余位置形成第二包层部，第一包层部的外表面相对于第二包层部的外表面向内凹陷；

在第一包层部的表面镀量子点材料，量子点材料用于与被检测对象作用以改变第一包层部的折射率，使光信号在经过第一包层部时光强变化。

作为本公开实施例的第三方面，本公开实施例提供一种传感器，包括光信号发生装置、第一方面任一公开实施例的传感探头以及光电探测装置，光信号发生装置用于产生第一光信号，传感探头用于接收第一光信号，并输出第二光信号，光电探测装置用于探测第二光信号相对于第一光信号的光强度变化量，并根据光强度变化量判断被检测对象的浓度。

在一些可能的实现方式中，光信号发生装置包括宽谱光源、光纤光栅和环形器，环形器包括第一端口、第二端口以及第三端口，宽谱光源用于产生宽谱光信号，宽谱光信号自第一端口进入环形器，并从第二端口输出后进入光纤光栅，光纤光栅用于对接收到的宽谱光信号进行处理后产生窄带光波信号，窄带光波信号经过第二端口进入环形器，并从第三端口输出窄带光波信号，第一光信号包括窄带光波信号。

在一些可能的实现方式中，光信号发生装置还包括隔离器，宽谱光源的输出端与第一端口通过光纤连通，隔离器套设在光纤上。

在一些可能的实现方式中，传感器还包括三分贝耦合器，三分贝耦合器包括输入端和三个输出端，传感探头的两端分别与三分贝耦合器的第一输出端和第二输出端连通，三分贝耦合器用于将从输入端进入的第一光信号进行处理，并从第一输出端和第二输出端分别输出第一子光信号和第二子光信号，第一子光信号和第二子光信号分别在传感探头中传输后，对应产生第三子光信号和第四子光信号，第三子光信号和第四子光信号在三分贝耦合器中相互干涉后，从三分贝耦合器的第三输出端输出第二光信号。

本公开实施例的技术方案可以得到如下有益效果：可以通过量子点材料与被检测对象作用从而改变光信号的强度，以实现对于被检测对象的检测，结构简单，灵敏度高，可靠性强。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本公开进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。

图1为本公开一实施例的传感探头的结构示意图；

图2为本公开一实施例的传感器的结构示意图；

图3为本公开实施例宽谱光信号和窄带光波信号波长示意图；

图4a为本公开实施例检测量为零时光强示意图；

图4b为本公开实施例检测量为中间值时光强示意图；

图4c为本公开实施例检测量为最大值时光强示意图；

图5为本公开实施例中传感探头的制备方法流程示意图。

附图标记说明：

10、传感探头；20、光信号发生装置；30、光电探测装置；40、三分贝耦合器；

21、宽谱光源；22、光纤光栅；23、环形器；24、隔离器；

31、光电探测器；32、信号处理系统；

23a、第一端口；23b、第二端口；23c、第三端口；

40a、输入端；40b、第一输出端；40c、第二输出端；40d、第三输出端；

100、纤芯；200、包层；210、第一包层部；220、第二包层部。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

光学传感工作原理是通过分子识别元件与被检测对象作用后输出特征光学信号，通过检测光学信号的变化情况从而实现传感。目前，常规光学检测参数包括光强、相位、频率以及波长等。光学传感器检测物质以光纤作为传导介质并收集相关信号来进行检测，从而能够适应极端恶劣环境，并且还具有不受电磁干扰、耐腐蚀、传输信号安全、损耗低、体积小等特点。

量子点材料(Quantum dots)是由少量原子构成的半导体纳米晶体，主要由II-VI族、III-V族或者IV-VI族的化学元素组成。量子点材料具有量子产率高、发光稳定、荧光可调谐等优良荧光特性。基于量子点材料修饰的传感器可以通过电子转移反应对量子点材料产生猝灭或者增强作用。量子点材料因为其具有的特殊的光电效应和稳定性，并且由于其合成方法逐步成熟，还具有成本低廉和表面易修饰的特点，可以实现对于物质的定性或者定量分析。量子点材料在光电化学传感器领域得到了广泛重视。如何基于量子点材料，并结合光学传感技术设计一种高灵敏度、低成本的光学量子点传感器成为亟待解决的技术问题。

为了解决上述技术问题，本公开实施例提供一种传感探头。下面结合附图对传感探头的技术方案进行说明。

图1为根据本公开一实施例中传感探头的结构示意图。如图1所示，本公开实施例的传感探头10可以包括纤芯100、包层200以及量子点材料。

其中，纤芯100可以用于传输光信号。包层200套设在纤芯100外，包层200将纤芯100包裹，包层200包括第一包层部210和第二包层部220，第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷。量子点材料设置在第一包层部210的外表面上，量子点材料用于与被检测对象作用以改变第一包层部210的折射率，使光信号在经过第一包层部210时光强变化。

示例性地，纤芯100和包层200可以采用不同折射率的玻璃材料制作而成。纤芯100可以为高折射率玻璃纤芯，包层200可以为低折射率硅玻璃包层。例如纤芯100可以为掺锗二氧化硅，包层200可以为纯二氧化硅。光信号以一特定的入射角度射入传感探头10，由于第二包层部220的折射率低于纤芯100，光信号在纤芯100和第二包层部220间发生全发射，从而光信号可以传输。由于第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷，且量子点材料与被检测对象之间相互作用可以改变第一包层部210的折射率，由于第一包层部210的外表面凹陷设置和量子点材料与被检测对象相互作用，纤芯100内部的光信号在第一包层部210区域不能够全部进行全反射，会产生倏逝波，从而使得光信号在经过第一包层部210的区域光强发生变化。

第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷，第一包层部210的部分外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷，或者第二包层部210的全部外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷。量子点材料设置在第一包层部210的外表面上，量子点材料可以设置在第一包层部210的全部外表面或者至少部分外表面上，量子点材料可以蒸镀设在第一包层部210外表面上。

本公开实施例的传感探头，通过设置在第一包层部210的外表面上的量子点材料，当将传感探头10放置在检测液中时，检测液中的被检测对象与量子点材料之间相互作用，改变量子点材料表面电子和空穴对之间的复合效率，改变了第一包层部210的折射率。光信号经过第一包层部210时，会有部分光信号不能在第一包层部210发生全反射，导致光信号经过第一包层部210后的光强发生变化，从而可以通过比较经过第一包层部210后的光信号光强与输入的光信号的光强的差值以判断检测液中的被检测对象的浓度。本公开实施例的传感探头通过利用量子点材料的光电活性和化学稳定性作为包层敏感膜介质，通过结构设计和光学系统搭建实现了高敏感度传感。

需要说明的是，第二包层部220外还可以设置有涂覆层，涂覆层的主要作用是保护传感探头不受外界的损伤，起到保护并延长第二包层部220的寿命的作用。

在一个实施例中，第一包层部210的外表面为柱形弧面，第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷，第一包层部210的外径小于第二包层部220的外径，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的各处的外径可以相等设置。例如，第一包层部210的截面呈圆形设置，第一包层部210和第二包层部220的连接端形成了阶梯轴结构。

在一个实施例中，第一包层部210的外表面为弧形面，第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷，第一包层部210的外径小于第二包层部220的外径，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的各处外径可以不相等设置。例如，第一包层部210沿着远离与第二包层部220的连接端方向的外径逐渐减小，或者第一包层部210沿着远离与第二包层部220的连接端方向的外径先减小再增大。第一包层部210的截面可以呈锥形设置，或者第一包层部210的截面还可以呈凹弧形设置。

示例性地，第一包层部210和第二包层部220可以一体成型设置，第一包层部210和第二包层部220均环绕纤芯100设置，第一包层部210可以通过将第二包层部220去除部分材料形成。

在一个实施例中，第一包层部210和第二包层部220的数量可以为一个，第一包层部210和第二包层部220均环绕纤芯100设置，第一包层部210设置在第二包层部220的一端。

在一个实施例中，第一包层部210的数量可以为一个，第二包层部220的数量可以为两个，第一包层部210设置在第二包层部220之间，第一包层部210和第二包层部220均环绕纤芯100设置，这样设置传感探头的可靠性较好，并且光信号从两侧第二包层部220输入至第一包层部210的结构相同，减少干扰，提高测量灵敏度。

第一包层部210呈弧形凹陷设置，第一包层部210的外径自边缘朝向中部逐渐减小。这样的结构，可以提高传感探头检测的灵敏度。

示例性地，第一包层部210的数量还可以为间隔设置的多个，相邻的第一包层部210之间设置有第二包层部220，各第一包层部210上的量子点材料可以相同或者不同，第一包层部210间隔的距离可以根据实际使用需求进行设置。例如，第一包层部210可以设置相同的量子点材料，第一包层部210的量子点材料的面积不同，从而可以实现对于不同浓度范围采用不同的第一包层部210进行检测。例如，第一包层部210可以设置不同的量子点材料，从而可以通过不同的第一包层部210实现对于不同溶液的检测。

示例性地，量子点材料包括碳量子点材料。碳量子点材料是一种分散性较好的、准球形的，尺寸在10纳米以下的纳米材料。碳量子点材料的合成原料简单、成本低廉、方法简便，并且碳量子点材料还具有发射波长可调以及无光漂白性等优良的光学性质。目前，利用碳量子点材料的荧光性质以进行检测。本公开实施例通过利用碳量子点材料与被检测对象结合作用以改变第一包层部210的折射率，从而可以使得通过第一包层部210的光信号的强度发生改变。

示例性地，量子点材料包括聚乙烯亚胺和碳量子点，碳量子点被聚乙烯亚胺包覆。当被检测对象为亚硝酸盐时，可以通过聚乙烯亚胺包覆碳量子点检测溶液中的亚硝酸盐含量。

示例性地，量子点材料为柠檬酸和二亚乙基三胺合成的碳量子点。当被检测对象为铝离子时，可以利用柠檬酸和二亚乙基三胺合成蓝色的碳量子点检测溶液中的铝离子含量。需要说明的是，量子点材料可以根据被检测对象决定，量子点材料需要根据实际使用需求进行选择，在此不做限定。

本公开实施例的传感探头，通过利用量子点材料的光电活性和化学稳定性，通过在第一包层部210上设置量子点材料作为包层敏感膜介质，并通过结构设置和光路设置实现了高敏感度的传感探头设计，结构简单，并且成本较低。

在一种实施方式中，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的尺寸为3-5mm。示例性地，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的尺寸可以为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm以及5mm中的一种。

在一种实施方式中，第一包层部210的外径为10-20μm。示例性地，第一包层部210的外径为10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm中的一种。

在一种实施方式中，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的尺寸为3-5mm，且第一包层部210的外径为10-20μm。示例性地，第一包层部210在纤芯100的延伸方向上的尺寸可以为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm以及5mm中的一种，第一包层部210的外径为10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm中的一种。

图5为本公开实施例中传感探头的制备方法流程示意图，本公开另一实施例提供一种传感探头的制备方法，所述方法包括步骤S10-S20：

S10：提供光纤，光纤包括纤芯100和套设在纤芯100外的包层200，采用化学刻蚀液去除包层的至少部分材料，被去除材料的位置形成第一包层部210，其余位置形成第二包层部220，第一包层部210的外表面相对于第二包层部220的外表面向内凹陷；

S20：在第一包层部210的表面镀量子点材料，量子点材料用于与被检测对象作用以改变第一包层部210的折射率，使光信号在经过第一包层部210时光强变化。

下面根据本公开一实施例中图1所示的传感探头的制备过程进一步说明本公开实施例的技术方案。

在步骤S10：提供光纤，光纤包括纤芯100和套设在纤芯100外的包层200。示例性地，光纤可以为单模光纤或者多模光纤，本实施例以单模光纤为例进行说明，单模光纤的光信号以一特定入射角度射入，在纤芯和包层间发生全反射。并将光纤的包层200外的涂覆层去掉，然后利用氢氟酸溶液将去除涂覆层的单模光纤的包层200的至少部分材料溶解，利用氢氟酸溶解的包层在纤芯100的延伸方向上的尺寸为3-5mm，溶解的包层的外径为10-20μm，从而使得包层200被去除材料的位置形成第一包层部210，其余位置形成第二包层部220，第二包层部220的外径大于第一包层部210的外径，第一包层部210的外径不足以使得纤芯100内部的光信号全部进行反射，从而会产生倏逝波。

在步骤S20：在第一包层部210的表面镀上量子点材料，量子点材料依据被检测对象决定，例如在第一包层部210上镀上碳量子点材料。

本公开实施例的传感探头的制备方法，传感探头可以在常规单模光纤的结构基础上进行微加工，结构简单，并且成本低，传感探头可以满足生物检测微型化的需求。

图2为本公开一实施例的传感器的结构示意图，图2所示，本公开又一实施例提供一种传感器，包括：光信号发生装置20、本公开任一实施例的传感探头10以及光电探测装置30。其中，光信号发生装置20可以用于产生第一光信号。传感探头10用于接收第一光信号，并输出第二光信号。光电探测装置30可以用于探测第二光信号对第一光信号的光强度变化量，并根据光强度变化量判断被检测对象的浓度。

示例性地，光信号发生装置20可以包括用于产生第一光信号的光源，光源可以采用宽谱光源或者还可以采用可调谐激光器，宽谱光源可以采用LED灯等常见光源，成本低。传感探头10的第一端与光信号发生装置20的输出端通过传输光纤熔接，从而可以接收光信号发生装置20输出的第一光信号，并且第一光信号可以通过第一包层部210到传感探头10的第二端输出第二光信号，传感探头10的第二端与光电探测装置30之间通过传输光纤熔接，从而可以通过光电探测装置30探测传感探头10输出的第二光信号的强度，将第一光信号的强度与第二光信号的强度进行比较，并根据光强度变化量判断被检测对象的浓度。

光电探测装置30可以包括光电探测器31和信号处理系统32，光电探测器31可以检测第二光信号，信号处理系统32可以将第二光信号和第一光信号的光强进行比较得到光强度变化量，并将其转换为电信号，经过信号处理系统32的处理分析与比较，信号处理系统32可以将输入信号与参考电压进行比较，即可实现对溶液中被检测对象的浓度的分析和判断。

参照图2，本公开实施例的传感器的工作原理如下：将传感探头10放置在检测液中，检测液中的离子与量子点材料之间相互作用，改变量子点材料表面电子和空穴对之间的复合效率，导致第一包层部210的外表面光学折射率改变。光信号发生装置20发出的第一光信号进入传感探头10，经过第一包层部210后部分第一光信号不能在第一包层部210发生全反射，传感探头10输出的第二光信号的光强相对于第一光信号发生变化，检测液的离子浓度不同，量子点材料与离子作用导致的第一光信号光波衰减的强度不同，从而可以通过比较第一光信号强度和第二光信号强度，确定光强度变化量从而确定离子浓度，从而可以实现高灵敏度的检测。

本公开实施例的传感器，通过光信号发生装置20、传感探头10以及光电探测装置30组成光学系统，光路和光学器件可以采用传输光纤集成，抗电磁干扰能力强，并且不需要设置参比电极，精度高，可靠性强。

如图2所示，在一种实施方式中，光信号发生装置20包括宽谱光源21、光纤光栅22以及环形器23，环形器23包括第一端口23a、第二端口23b以及第三端口23c，宽谱光源21用于产生宽谱光信号，宽谱光信号自第一端口23a进入环形器23、并从第二端口23b进入光纤光栅22，光纤光栅22用于对接收到的宽谱光信号进行处理后产生窄带光波信号，窄带光波信号经第二端口23b进入环形器23，并从第三端口23c输出窄带光波信号，第一光信号包括窄带光波信号。

需要说明的是，环形器23为具有多端口的非互易特性的光学器件，光信号由任一端口输入时，都能够按照顺序从下一端口以较小的损耗输出，而由该端口通向其他端口的损耗则较大，从而成为不相通端口。示例性地，宽谱光信号从第一端口23a进入环形器23，并从第二端口23b输出，而窄带光波信号从第二端口23b进入环形器23，并从第三端口23c输出窄带光波信号，而不能从第二端口23b输入再从第一端口23a输出。

光纤光栅22可以通过在单模光纤上通过相位掩模法刻蚀形成，通过该方法制备光纤光栅22工艺简单、成本较低，并且精度要求不高。光纤光栅22可以根据反射波长的使用需求设置不同的光纤光栅，在此不做限定。

宽谱光源21发出宽谱光信号经过环形器23到达光纤光栅22，由于光纤光栅23耦合原理反射回一束特定波长的窄带光波信号，从而通过宽谱光源21、光纤光栅22以及环形器23可以输出特定波长的窄带光波信号，成本较低，并且可以保证输入传感探头10的光信号的波长相同，可以将光电探测装置30检测传感探头10输出的光强度与光纤光栅22输出的光强度比较即可。

如图2和图3所示，在一种实施方式中，光信号发生装置还包括隔离器24，隔离器24设置在宽谱光源21的输出端，宽谱光源21的输出端与第一端口23a通过光纤熔接连通，隔离器24套设在光纤上。隔离器24为一种只允许单向光通过的无源光器件，可以避免光反射回到宽谱光源21破坏光信号发生装置，并且还可以提高光波传输效率。

示例性地，隔离器24设置在环形器23和光源21之间，隔离器24可以避免从环形器23和光纤光栅22反射回的光波破坏宽谱光源，同时还可以提高光波传输效率。

如图3所示，在一种实施方式中，传感器还包括三分贝耦合器40，三分贝耦合器40包括输入端40a和三个输出端，传感探头10的两端分别和三分贝耦合器40的第一输出端40b和第二输出端40c连通，三分贝耦合器40用于将从输入端40a进入的第一光信号进行处理，并从第一输出端40b和第二输出端40c分别输出第一子光信号和第二子光信号，第一子光信号和第二子光信号分别在传感探头10中传输后，对应产生第三子光信号和第四子光信号，第三子光信号和第四子光信号在三分贝耦合器40中相互干涉后，从三分贝耦合器40的第三输出端40d输出第二光信号。第二光信号可以为第三子光信号和第四子光信号在三分贝耦合器40中相互干涉后的光信号。

本公开实施例的传感器，通过三分贝耦合器40将第一光信号分光为第一子光信号和第二子光信号，并将两束光波信号分别通过传感探头10，再将两束光波信号发生干涉后的光波输出，这样可以提高检测的灵敏度。

示例性地，传感探头10的两端分别通过光纤与三分贝耦合器40的第一输出端40b和第二输出端40c连通，传感探头10、光纤以三分贝耦合器40形成环形状，第一子光信号在光纤环中顺时针传播，第一子光信号在经过传感探头10传输后，对应产生第三子光信号，第二子光信号在光纤环中逆时针传播，第二子光信号在传感探头10中传输后，对应产生第四子光信号，第三子光信号和第四子光信号又传输到三分贝耦合器40中，并在三分贝耦合器40相互干涉产生第二光信号，三分贝耦合器40的第三输出端40d输出第二光信号，并通过光电探测装置30检测干涉形成的第二光信号的强度。这样的方式，可以将第一光信号分成两束光波经过传感探头，从而可以进一步提高检测的灵敏度。

图3为本公开实施例由光纤光栅形成窄带光波示意图，如图2和如图3所示，在一个具体实施例中，宽谱光源21发出的第一光信号经过隔离器24和环形器23到达光纤光栅22，光纤光栅22反射一束波长为λ1的第一光信号，第一光信号再次经过环形器23通过输入端40a输入至三分贝耦合器40，经过三分贝耦合器40分成第一子光信号和第二子光信号，并通过第一输出端40b和第二输出端40c分别输出第一子光信号和第二子光信号，第一子光信号和第二子光信号信号在经过传感探头10后产生第三子光信号和第四子光信号，第三子光信号和第四子光信号在三分贝耦合器40中相互干涉后形成第二光信号，干涉后的第二光信号经由光电探测器31检测到第二光信号对第一光信号的光强度变化量，再经由信号处理系统32处理，从而可以计算所检测的物理量如离子浓度变化情况，实现实时动态传感。

示例性地，传感器可以用于医疗诊断的生物标志物检测，例如抗原、抗体、DNA等免疫生物标志物，或者传感器还可以用于溶液中的金属例子检测，例如溶液中的铝离子检测。传感器可以采用不同的传感探头10，从而检测不同溶液的离子浓度。

图4a为本公开实施例检测量为零时光强示意图，图4b为本公开实施例检测量为中间值时光强示意图，图4c为本公开实施例检测量为最大值时光强示意图。如图4a至图4c所示，曲线阴影面积表示光强强度。如图4a所示，当检测液中的被检测对象含量为零时，第一子光信号和第二子光信号衰减较小，此时第一子光信号和第二子光信号干输出的第二光信号的光强最大。如图4b所示，当检测液中的被检测对象含有一定量时，传感探头10的量子点材料会与被检测对象相互作用，从而改变改变材料表面电子空穴对之间的复合效率，当第一包层部210的光波经过量子点材料由于量子点光致变化的机理，第一子光信号和第二子光信号会衰减，从而导致第一子光信号和第二子光信号干涉后的第二光信号光强度也同步衰减。如图4c所示，当检测液中的被检测对象含量到达上限，量子点材料与被检测对象之间作用达到饱和，第一子光信号和第二子光信号衰减到极限值，此时第一子光信号和第二子光信号干涉后的第二光信号光强度最小。

上述实施例的传感探头和传感器的其他构成可以采用于本领域普通技术人员现在和未来知悉的各种技术方案，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种传感探头，其特征在于，包括，

纤芯，用于传输光信号；

包层，套设在所述纤芯外，所述包层包括第一包层部和第二包层部，所述第一包层部的外表面相对于所述第二包层部的外表面向内凹陷；

量子点材料，设置在所述第一包层部的外表面上，所述量子点材料用于与被检测对象作用以改变所述第一包层部的折射率，使所述光信号在经过所述第一包层部时光强变化。

2.根据权利要求1所述的传感探头，其特征在于，所述第一包层部和所述第二包层部均环绕所述纤芯设置，所述第二包层部位于所述第一包层部的两侧。

3.根据权利要求1所述的传感探头，其特征在于，所述第一包层部呈弧形凹陷设置，所述第一包层部的外径自边缘朝向中部逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的传感探头，其特征在于，

所述第一包层部在所述纤芯的延伸方向上的尺寸为3-5mm；和/或

所述第一包层部的外径为10-20μm。

5.根据权利要求1所述的传感探头，其特征在于，所述量子点材料包括碳量子点。

6.根据权利要求1所述的传感探头，其特征在于，所述量子点材料包括聚乙烯亚胺和碳量子点，所述碳量子点被所述聚乙烯亚胺包覆；或者，

所述量子点材料为柠檬酸和二亚乙基三胺合成的碳量子点。

7.一种传感探头的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供光纤，所述光纤包括纤芯和套设在所述纤芯外的包层；

采用化学刻蚀液去除所述包层的至少部分材料，被去除材料的位置形成第一包层部，其余位置形成第二包层部，所述第一包层部的外表面相对于所述第二包层部的外表面向内凹陷；

在所述第一包层部的表面镀量子点材料，所述量子点材料用于与被检测对象作用以改变所述第一包层部的折射率，使光信号在经过所述第一包层部时光强变化。

8.一种传感器，其特征在于，包括：

光信号发生装置；用于产生第一光信号；

如权利要求1至6任一项所述的传感探头，用于接收所述第一光信号，并输出第二光信号；

光电探测装置，用于探测所述第二光信号相对于所述第一光信号的光强度变化量，并根据所述光强度变化量判断被检测对象的浓度。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述光信号发生装置包括宽谱光源、光纤光栅和环形器，所述环形器包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述宽谱光源用于产生宽谱光信号，所述宽谱光信号自所述第一端口进入所述环形器，并从所述第二端口输出后进入所述光纤光栅，所述光纤光栅用于对接收到的所述宽谱光信号进行处理后产生窄带光波信号，所述窄带光波信号经过所述第二端口进入所述环形器，并从所述第三端口输出所述窄带光波信号，所述第一光信号包括所述窄带光波信号。

10.根据权利要求9所述的传感器，所述光信号发生装置还包括隔离器，所述宽谱光源的输出端与所述第一端口通过光纤连通，所述隔离器套设在所述光纤上。

11.根据权利要求8至10任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括三分贝耦合器，所述三分贝耦合器包括输入端和三个输出端，所述传感探头的两端分别与所述三分贝耦合器的第一输出端和第二输出端连通，所述三分贝耦合器用于将从所述输入端进入的所述第一光信号进行处理，并从所述第一输出端和所述第二输出端分别输出第一子光信号和第二子光信号，所述第一子光信号和所述第二子光信号分别在所述传感探头中传输后，对应产生第三子光信号和第四子光信号，所述第三子光信号和所述第四子光信号在所述三分贝耦合器中相互干涉后，从所述三分贝耦合器的第三输出端输出所述第二光信号。

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