CN217180565U - 一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 - Google Patents
一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 Download PDFInfo
- Publication number
- CN217180565U CN217180565U CN202123426154.1U CN202123426154U CN217180565U CN 217180565 U CN217180565 U CN 217180565U CN 202123426154 U CN202123426154 U CN 202123426154U CN 217180565 U CN217180565 U CN 217180565U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- refractive index
- layer air
- air holes
- pcf
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001448 refractive index detection Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种探针，具体涉及一种工作范围可变的折射率检测型PCF‑SPR探针，所述探针为光纤，该光纤的包层内设有六个内层空气孔、六个外层空气孔和两个对称分布的第一圆形液体通道和第二圆形液体通道，第一圆形液体通道的内壁上分别镀有铜膜，第二圆形液体通道的内壁上镀有金膜；所述的六个内层空气孔和六个外层空气孔呈正六边形交错排列，且外层空气孔的半径大于内层空气孔的半径；光纤的材料为二氧化硅，光纤表面涂有涂覆层，涂覆层的材料为环烯烃共聚物，光纤为折射率引导型光子晶体光纤。该探针体积小，易于实现传感器微型化，最大光谱灵敏度高达15660 nm/RIU，可满足不同范围折射率检测需求，大大增加了利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种探针，具体涉及一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针。
背景技术
表面等离子体共振(SPR)是由入射的TM波或P偏振光引起的金属与电介质之间自由电子振荡的光学现象，在传感领域引起了广泛关注。SPR技术以其高折射率灵敏度和分辨率、实时监测和非标记检测等巨大优势在生物、化学、医学、环境等方面发挥着至关重要的作用。随着SPR技术的进步，基于表面等离子体共振的棱镜传感器于1968年由Krestchmann首先提出。然而，由于小型化的需求，这种棱镜配置过于庞大而无法广泛使用。光纤传感器的发展为小型化的可拆卸传感和连续监测提供了新的方向。此外，与传统的单模光纤相比，光子晶体光纤(PCF)具有模场面积大、双折射高、结构设计灵活等诸多突出优点，可以使纤芯导模和SPP模式之间的相位匹配条件更容易满足。当耦合效应发生时，光纤纤芯的能量会与金属表面的等离子体耦合，可检测并绘制出损耗谱。基于表面等离子体共振的PCF传感器在折射率传感和温度测量方面具有广泛和潜在的应用。但是，目前的PCF-SPR传感器普遍折射率检测范围较小，因而针对不同折射率液体检测需求需要生产各种不同结构的传感器。但同时PCF-SPR探针的生产工艺较为复杂，设计、生产制造不同结构的上述探针所需的大量的人力物力很难被满足，进而严重影响了PCF-SPR探针的实际应用。故此，设计一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针是十分必要的。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种折射率检测范围可变的光子晶体光纤表面等离子体共振探针，该探针体积小，易于实现传感器微型化，最大光谱灵敏度高达15660nm/RIU，可满足不同范围折射率检测需求，大大增加了利用率。
本实用新型采用的技术方案为：一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，所述探针为光纤，该光纤的包层内设有六个内层空气孔、六个外层空气孔和两个对称分布的第一圆形液体通道和第二圆形液体通道，第一圆形液体通道的内壁上分别镀有铜膜，第二圆形液体通道的内壁上镀有金膜；所述的六个内层空气孔和六个外层空气孔呈正六边形交错排列，且外层空气孔的半径大于内层空气孔的半径。
进一步的，所述光纤的材料为二氧化硅，光纤表面涂有涂覆层，涂覆层的材料为环烯烃共聚物，光纤为折射率引导型光子晶体光纤。
进一步的，所述外层空气孔的半径为1.3μm。
进一步的，所述内层空气孔的半径为0.9μm。
进一步的，所述第一圆形液体通道的半径为1.5μm。
进一步的，所述第二圆形液体通道的半径1.5μm。
进一步的，所述金膜的厚度为45nm。
进一步的，所述铜膜的厚度为45nm。
进一步的，双对称PCF-SPR探针包括光子晶体光纤和涂覆层，光子晶体光纤的包层内围绕纤芯设有两层六边形排布的空气孔，左右各两个液体通道，通道内壁分别镀有金膜及铜膜。
本实用新型的有益效果：提供了一种折射率检测范围可变的光子晶体光纤表面等离子体共振探针，该探针体积小，易于实现传感器微型化，最大光谱灵敏度高达15660nm/RIU，可满足不同范围折射率检测需求，大大增加了利用率。其主要优点为：
(1)、通过对右侧通道液体折射率的调控(折射率为1.6-1.8)，可实现PCF-SPR探针工作范围的改变(检测范围1.27-1.30，1.37-1.41，1.42-1.66)；
(2)、PCF-SPR探针的体积小，易于安装使用；
(3)、PCF-SPR探针的最大光谱灵敏度为15660nm/RIU；
(4)、PCF-SPR探针的涂覆层使用的环烯烃共聚物材料，成本低，加工简单，更耐破坏；
(5)、利用同一探针可完成不同范围的折射率检测需求，减少了多次生产及复杂工艺所带来的成本。
附图说明
图1是实施例一中探针的横截面示意图；
图2是实施例一中探针的主视图；
图3是实施例一中PCF-SPR探针的共振波长与待测溶液折射率的对应关系图；
图4是实施例一中PCF-SPR探针在液体折射率为1.6时对应基模的损耗谱图；
图5是实施例一中PCF-SPR探针在液体折射率为1.7时对应基模的损耗谱图；
图6是实施例一中PCF-SPR探针在液体折射率为1.8时对应基模的损耗谱图。
具体实施方式
实施例一
参照各图，一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，所述探针为光纤，该光纤的包层5内设有六个内层空气孔2、六个外层空气孔1和两个对称分布的第一圆形液体通道4和第二圆形液体通道6，第一圆形液体通道4的内壁上分别镀有铜膜3，第二圆形液体通道6的内壁上镀有金膜7；所述的六个内层空气孔2和六个外层空气孔1呈正六边形交错排列，且外层空气孔1的半径大于内层空气孔2的半径；所述光纤的材料为二氧化硅，光纤表面涂有涂覆层，涂覆层的材料为环烯烃共聚物，其折射率由Sellmeier方程确定，光纤为折射率引导型光子晶体光纤；所述外层空气孔1的半径为1.3μm；所述内层空气孔2的半径为0.9μm；所述第一圆形液体通道4的半径为1.5μm；所述第二圆形液体通道6的半径1.5μm；所述金膜7的厚度为45nm；所述铜膜3的厚度为45nm。
当有光入射到光子晶体光纤内部时，不同波长的光分别以特定的模式在光子晶体光纤内沿着轴心方向传播，而表面等离子体波则是以固定的模式在金属膜内传播。当光子晶体光纤内某一波长的光与金属膜内的表面等离子体波的波矢相同时，光子晶体光纤纤芯内的光会耦合到金属膜表面，纤芯内的光能减少。能量损耗最大时对应的光波长为共振波长。通过能量损耗和共振波长的关系，画出能量的损耗谱。表面等离子体共振对液体折射率的变化非常敏感，将固定折射率的调控液体注入第二圆形液体通道，共振波长的大小会随着待测第二圆形液体通道内的待测溶液的折射率的变化而变化。通过计算共振波长的大小即可检测出待测溶液的折射率值，从而达到传感的目的。
利用仿真软件建立本探针的传感模型，对其传感过程进行仿真模拟，可以得到一个复数形式的基模有效折射率，通过其虚部可计算传输损耗：
这里λ代表入射光波长，单位为nm，neff代表基模有效折射率。通过这一公式得到不同待测液体折射率下，能量损耗随波长的变化图谱，部分损耗曲线如图4-6所示。由图可知，当填充调控液体折射率为1.6、1.7、1.8时，随待测液体折射率增加，共振峰均发生红移。
本探针的平均光谱灵敏度可以通过下式求出：
这里，Δλ代表共振波长的改变量，Δn代表待测液折射率的变化量，由图3可以看出最大灵敏度为15660nm/RIU，平均灵敏度大小为7700nm/RIU。
该探针工作范围可调控，右侧通道注入折射率1.6、1.7、1.8的液体，左侧检测通道相应可实现折射率1.27-1.30，1.37-1.41，1.42-1.66的大范围检测。该探针体积小，易于实现传感器微型化，最大光谱灵敏度高达15660nm/RIU。本探针可满足不同范围折射率检测需求，大大增加了利用率。
Claims (8)
1.一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述探针为光纤，该光纤的包层（5）内设有六个内层空气孔（2）、六个外层空气孔（1）和两个对称分布的第一圆形液体通道（4）和第二圆形液体通道（6），第一圆形液体通道（4）的内壁上分别镀有铜膜（3），第二圆形液体通道（6）的内壁上镀有金膜（7）；所述的六个内层空气孔（2）和六个外层空气孔（1）呈正六边形交错排列，且外层空气孔（1）的半径大于内层空气孔（2）的半径。
2.根据权利要求1所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述光纤的材料为二氧化硅，光纤表面涂有涂覆层，涂覆层的材料为环烯烃共聚物，光纤为折射率引导型光子晶体光纤。
3.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述外层空气孔（1）的半径为1.3μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述内层空气孔（2）的半径为0.9μm。
5.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述第一圆形液体通道（4）的半径为1.5μm。
6.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述第二圆形液体通道（6）的半径1.5μm。
7.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述金膜（7）的厚度为45nm。
8.根据权利要求1或2所述的一种工作范围可变的折射率检测型PCF-SPR探针，其特征在于：所述铜膜（3）的厚度为45nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202123426154.1U CN217180565U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202123426154.1U CN217180565U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217180565U true CN217180565U (zh) | 2022-08-12 |
Family
ID=82733374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202123426154.1U Expired - Fee Related CN217180565U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN217180565U (zh) |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202123426154.1U patent/CN217180565U/zh not_active Expired - Fee Related
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107976421B (zh) | 工作在高折射率溶液环境下的双对称pcf-spr探针 | |
| Wang et al. | A highly sensitive dual-core photonic crystal fiber based on a surface plasmon resonance biosensor with silver-graphene layer | |
| CN106996920B (zh) | 一种工作在中红外波段的低折射率pcf-spr传感器 | |
| CN102608068B (zh) | 一种新型结构的光子晶体光纤spr传感模型 | |
| Ahmed et al. | Surface plasmon resonance-based gold-coated biosensor for the detection of fuel adulteration | |
| CN110068893B (zh) | 一种含局部中间折射率包层的双直波导微环结构 | |
| CN110108384A (zh) | 基于空芯光纤表面等离子共振的在纤式温度传感器及检测方法 | |
| Seifouri et al. | Design of a surface plasmon resonance biosensor based on photonic crystal fiber with elliptical holes | |
| Yu et al. | D-shaped silicon core fiber-based surface plasmon-resonance refractive index sensor in 2 µm | |
| CN111307763B (zh) | 中空双芯内外薄包层表面双侧镀膜pcf-spr探针 | |
| Pan et al. | A high sensitivity localized surface plasmon resonance sensor based on D-shaped photonic crystal fiber for low refractive index detection | |
| CN111175249B (zh) | 用于低折射率检测的近红外串联pcf-spr传感器 | |
| Yin et al. | Refractive index and temperature sensor of micro-groove photonic crystal fiber based on surface plasmon resonance | |
| CN217180565U (zh) | 一种工作范围可变的折射率检测型pcf-spr探针 | |
| CN113252607A (zh) | 基于Tamm/Fano共振的折射率传感器 | |
| Li et al. | Experimental study of SPR sensor performance enhancement by metal oxides | |
| CN113030003A (zh) | 一种基于厚度复用薄层宽带太赫兹指纹痕量检测传感器 | |
| CN208351041U (zh) | 一种lmr微结构光纤 | |
| CN212059888U (zh) | 一种纤芯上移型光子晶体光纤传感器 | |
| Seifouri et al. | A photonic crystal fiber based surface plasmon resonance biosensor with elliptical and circular holes | |
| CN112630192A (zh) | 双样品同步检测的高灵敏度光子晶体光纤传感器 | |
| CN207181292U (zh) | 一种基于垂直耦合的双环级联光学传感器 | |
| Liu et al. | Surface plasmon resonance refractive index sensor based on photonic crystal fiber with silver film and titanium dioxide film | |
| Yasli et al. | Photonic crystal fiber based surface plasmon sensor design and analyze with elliptical air holes | |
| Meng et al. | No-Core Hollow Fiber-Based SPR Sensor for Ultra-Wide Range of Refractive Index Detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220812 |