CN204389373U - 基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置 - Google Patents
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Abstract
基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：由光纤纤芯(1)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(1)上，光纤纤芯(1)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂厚度范围为3-10微米，纳米金层厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅的布拉格波长为1570-1610纳米。本实用新型发明具有高精度，高分辨度，易于操作，敏感度高，可以应用于测量环境折射率变化的实际工程中。
Description
技术领域
本实用新型发明提供了一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，属于光纤传感技术领域。
背景技术
对于被包被的金属片，会在金属片的两侧表面分别激发表面等离子体(SPP)，当金属的厚度很小的时候，这两个表面波在金属中相互耦合，纵向电场为反对称分布的模式，在金属中场强所占的分量较少，电磁能量主要集中在两边的介质中，由金属所引起的损耗相对较少，这一技术被广泛地用于无标记生物传感器.
长程表面等离子体激元(LRSPP)在光纤内部的激发相对于单一的金属——电介质边界短距离的表面等离子体(SRSPP)，损耗更小，灵敏度更高，因为大部分的波能量被位于金属外层的渐逝波保存。当金属层非常薄且周围介质折射率是相同时，长程表面等离子体激元的特性能被充分利用。
倾斜光纤光栅(TFBGs)作为短周期光栅，其特征是通过细微调节折射率角度使其与光纤传播轴垂直，光芯和包层表现出梳状透过率的布拉格共振和几十个包层模谐振。这些独特的光谱特征，揭示了光纤支持所有模式的行为。表面等离子体与纳米厚的镀金与倾斜光纤光栅结合，开辟了折射率传感和免疫传感的高分辨率的道路.
发明内容
本实用新型发明的目的在于提供一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置。本实用新型发明具有高精度，高分辨率，结构简单，易于操作，敏感度高，可以应用于各类测量环境折射率变化的各种实际工程中。
本发明通过以下技术方案实现：
本实用新型发明提供了一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：由光纤纤芯(1)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(1)上，光纤纤芯(1)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期 为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
本实用新型发明具有高精度，可重复性，结构简单，易于操作，安全性能好，高敏感度和分辨度，能够灵敏测出折射率的变化。
本发明的工作原理是：
倾斜光纤光栅首先涂布了3-10微米厚的透明氟树脂(Cytop)(透明氟树脂在波长为1.55微米处折射率接近1.3335)，然后通过一个10-100纳米厚的镀金层，如图1所示。
涂覆后的倾斜光纤光栅放入水和氯化锂的混合物中，其浓度根据透明氟树脂的相对折射率严格控制，即在波长1.55微米处接近1.3335RIU。图3所示涂覆后的倾斜光纤光栅的P偏振光和S偏振光浸入折射率接近1.3335RIU的溶液中的波长范围从1525纳米至1560纳米的透射光谱。
作为镀金倾斜光纤光栅，S偏振无法耦合到金层和相应的发射光谱中，因此没有影响。但p偏振的情况并非如此，图3中清楚地显示围绕1545纳米的表面等离子激元的信号。对于镀金倾斜光纤光栅支持单接口的表面等离子体，对比上包络线，p偏振在1535纳米至1542纳米处显示一倍谐振波长。这是长程表面等离子体激元(在约1545纳米)，短程表面等离子体激元(约1540纳米)两个截然不同的光谱特征。
准备稀释液，在透明氟树脂层指数附近，不同的折射率环境，能够观察在传感中的不同特性。当稀释液接近1.3335RIU时，长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元模式都红移，并且长程表面等离子体激元灵敏度(115纳米/RIU)比短程表面等离子体激元的灵敏度(68纳米/RIU)高40％。当折射率为1.35左右时，长程表面等离子体激元是红移而短程表面等离子体激元蓝移，如图3所示。在折射率接近1.31RIU时，能观测到相反的特性。对于这些情况，红移可达到约200纳米/RIU而蓝移保持为约100纳米/RIU的量级。当有效折射率超出了他们的临界值时，我们观测到蓝移模式。
附图说明
图1是本实用新型发明的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置示意图；
图2是本实用新型发明的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置横截面示意图；
图3是涂覆后的倾斜光纤布拉格光栅的S和P偏振光模式插入损耗光谱示意图；
图4是周围环境折射率在1.3190RIU至1.3196RIU范围内长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元波长偏移量示意图；
图5是周围环境折射率在1.3336RIU至1.3340RIU范围内长程表面等离子体激元和短程表面 等离子体激元波长偏移量示意图；
图6是周围环境折射率在1.3434RIU至1.3444RIU范围内长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元波长偏移量示意图；
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：由光纤纤芯(1)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(1)上，光纤纤芯(1)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
如图2所示，基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置横截面示意图。
如图3所示，长程表面等离子体激元(约1545纳米)，短程表面等离子体激元(约1540纳米)两个截然不同的光谱特征。
如图4所示，当周围环境折射率在1.3190RIU至1.3196RIU范围内时，短程表面等离子体激元的波长偏移量增加超过500纳米/RIU，而长程表面等离子体激元的波长偏移量不灵敏。
如图5所示，当周围环境折射率大约为1.3336RIU时，长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元都红移，灵敏度可分别达到220纳米/RIU和315纳米/RIU。
如图6所示，当周围环境折射率在1.3434RIU至1.3444RIU范围内时，长程表面等离子体激元的波长偏移量达到511纳米/RIU，而短程表面等离子体激元的波长偏移量不灵敏，说明长程表面等离子体激元对高折射率有高灵敏度。
Claims (2)
1.基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：由光纤纤芯(1)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(1)上，光纤纤芯(1)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。
2.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104502279A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 中国计量学院 | 基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置 |
| CN105973279A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 安徽工业大学 | 一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺 |
| CN109164068A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-08 | 东北大学 | 一种对称式长程表面等离激元共振传感器 |
| CN113125384A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-16 | 汕头大学医学院 | 探头，循环肿瘤细胞检测设备及制备方法 |
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2014
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