TWI278610B

TWI278610B - Method and apparatus for enhanced evanescent field exposure in an optical fiber resonator for spectroscopic detection and measurement of trace species

Info

Publication number: TWI278610B
Application number: TW092101596A
Authority: TW
Inventors: Kevin K Lehmann; Peter B Tarsa; Paul Rabinowitz
Original assignee: Univ Princeton
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2007-04-11
Also published as: EP1495294A1; JP4937231B2; TW200307121A; US7504068B2; US20060183241A1; US20030109055A1; JP4480572B2; US20060177939A1; US7504263B2; AU2002364259A1; JP2005527838A; CN1628241B; JP2010014739A; US7318909B2; JP2009031312A; WO2003106942A1; CN1628241A

Description

127剛⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明) 枝術領域本發明大體上係關於吸收光譜學，特別針對具有用於光腔環降（cavity ring-down)光譜學的光纖共振器之增強消逝性場區域的光纖感測器。先前技術現在參考圖式’其中相同的參考號碼標示相同的元件，圖1以對數標度繪示電磁光譜。光譜學係硏究光譜。對比於與光譜的其他部分有關之科學，光學特別涉及可見與近可見光-可用光譜之很狹窄的部分，其波長自約1毫米延伸至約1奈米。近可見光包含比紅色更紅的色彩（紅外線）及比紫色更紫的色彩（紫外線）。該範圍延伸正足以遠及可見的任一側，以致於光仍然可以由常用的材料製成之大多數透鏡與鏡處理。必須經常考慮材料的光學性質之波長相依性。吸收型光譜學提供高敏感度、微秒量級的回應時間、免於中毒及除了來自所硏究物質以外之分子物質的有限干擾。各種分子物質可以藉由吸收光譜學偵測或識別。於是，吸收光譜學提供偵測重要微量物質之一般方法。在氣相時，此方法的敏感性與選擇性是最佳的，因爲物質的吸收強度集中於一組陡的光譜線。光譜中的狹窄線可以用於辨別大多數干擾的物質。許多工業方法中，流動氣流與液體中之微量物質的濃度必須以高度的速率與精確度測量及分析。此測量及分析係必

1278610⑺ 要的，因爲污染物濃度對於終端產品的品質而言通常至關 · 重要。諸如氮、氧、氫、氬與氦的氣體係用於製造例如積體電路，且於那些氣體中雜質之存在（即使是在十億分率 (ppb)的位準）有損於操作電路且減少其良率。所以，能夠用相對高敏感度來進行光譜監視水對於使用在半導體工業的高純度氣體製造者而言係重要的。在其他工業應用中，必須偵測各種雜質。此外，於液體中雜質的存在（不管爲固有或有意放入）已變成近來特別受到關注者。光譜學對於高純度氣體中的氣態污染物已達到百萬分 ® 率（ppm)位準的偵測。在某些狀況，可達到十億分率位準的偵測敏感度。因此，若干光譜學方法已應用於諸如氣體中的量化污染監視之此等用途，包含：傳統長路徑長度單元中的吸收測量、光聲光譜學、頻率調變光譜學與光腔內 . 雷射吸收光譜學。這些方法具有若干特性，在頒予Lehmann ^ 的美國專利第5,528,040號中有討論，該特性使其難以使用且對於工業應用而言係不實用的。所以，它們已大部分侷限於實驗室硏究。 · 反之，光腔環降光譜學（cavity ring-down spectroscopy ; CRDS)已變成重要的光譜技術，可應用於科學、工業製程控制及大氣微量氣體偵測。CRDS已被驗證爲一種用於光纖吸收測量的技術，其擅長於習知方法不具有適當敏感度之低吸收領域。CRDS使用高度靈巧光纖共振器中之光子的平均壽命作爲可觀察的吸收敏感度。典型上，共振器由一對標稱上等效、窄帶、極高反射率

1278610 (3) 介電質鏡形成，其係經適當地配置以形成穩定的光學共振器。雷射脈衝透過鏡注入共振器，以經歷平均壽命，其依光子往返傳送時間、共振器的長度、物質的吸收剖面與數目密度、及固有的共振器損失之因素（當繞射損失可以忽略時，其大部分是由於頻率相依鏡之反射率而產生）而定。所以，光學吸收的決定從習知功率比例測量轉換爲衰減時間的測量。CRDS之最終敏感度係由固有的共振器損失之大小決定，共振器損失可以由諸如允許製造極低損失光學器件之超拋光技術而減至最小。現在，CRDS係限於可以使用高反射率介電質鏡的光譜區域。此已明顯將方法之使用限制於大部分的紫外線與紅外線區域，因爲具有足夠高反射率的鏡目前不可得。即使在適當的介電質鏡可用之區域中，各組鏡只允許在波長的小範圍中操作，典型上係若干百分比的部分範圍。此外，許多介電質鏡的構造需要使用可能隨著時間而退化的材料，特別是當暴露於化學腐蝕環境時。因爲這些現有的限制限定或防止CRDS使用於許多可能的應用，所以顯然需要改進與共振器構造有關的當前技術狀態。 A· Pipino等的文章「具有全內反射迷你光腔的消逝波光腔環降光譜學」-Rev. Sci. lustrum. 68 (8) ( 1997年8月）-提出一種改進共振器構造的方法。該方法使用具有至少一凸出面以獲得穩定性的正多邊形幾何形狀（如方形或八邊形）之單塊、全內反射（TIR)環形共振器。光脈衝由一位於共振器外部及附近的第一稜鏡全反射，產生一進入共振器之消

1278610 (, 逝性，且透過光子穿隧激發共振器的穩定模態。當光以大於臨界角的角撞擊在傳播媒介之較低折射率的表面上時，其徹底地反射，J.D. Jackson，「古典電動力學」，第7 章，紐約州紐約市John Wiley & Sons公司（ 1962)。然而，一場存在於反射點之上，其不傳播，且隨著與介面的距離而呈指數式衰減。此消逝性場在純介電質媒介中未載有功率，但是反射波的減弱允許觀察一吸收物質在消逝性場區域中的存在，F.M· Mirabella (ed·)，「內反射光譜學」第2章，紐約州紐約市Marcel Dekker公司（ 1993)。位於共振器之全反射表面的物體之吸收光譜係得自於光子在單塊共振器中的平均壽命，其係藉由向外耦合於一第二稜鏡（也是位於共振器外部但是在附近的全反射棱鏡）而自偵測器所接收的信號之時間相依性中擷取。因此，光學輻射藉由光子穿隧而進入及離開共振器，其允許精密控制輸入與輸出耦合。CRDS的微型共振器實例產生且全內反射環形共振器將CRDS的觀念延伸至凝態光譜學。全內反射的寬帶性質規避習知氣相CRDS中的介電質鏡所施加的窄帶寬限制。A. Pipino等人的成果只可以應用於全內反射光譜學，其本質上限於短的整體吸收路徑長度，且因此限於強大的吸收強度。反之，本發明提供長的吸收路徑長度，且因此允許偵測弱的吸收強度。基於鏡之CRDS系統的各種新穎方法係提供於頒予 Lehmann等人的美國專利 5,973,864、6,097,555、6，172,823 B1 與6，172,824 B1號中，其以引用的方式倂入本文。這些方法

I278610(S) 教導使用由二反射元件或稜鏡式元件形成的近共焦共振器。圖2繪不一先即技術CRD S裝置10。如圖2所不，光係由窄帶、可調諧、連續波二極體雷射20產生。雷射20由溫度控制器3 0 §周g皆溫度’以將它的波長放在分析物之所需光譜線上。隔離器4 0安置於雷射2 0發射的輻射前方且共線。隔離器40提供單向透射路徑，允許輻射離開雷射20，但是防止輻射在相反方向中行進。單模光纖耦合器（F.C.) 50耦合雷射20發射的光進入光纖48中。光纖耦合器50係定位於隔離器40前方且共線。光纖耦合器50接收及固持光纖48，且引導雷射20發射的輻射朝向及通過第一透鏡46。第一透鏡 46收集且聚焦輻射。因爲雷射20發射的光束圖案未完美地匹配在光纖48中傳播的光之圖案，所以有不可避免的不匹配損失。雷射輻射大約模式匹配於一環降光腔（RDC)單元60。一反射鏡52引導輻射朝向分光器54。分光器54引導約90%的輻射通過第二透鏡56。第二透鏡56收集及聚焦輻射進入單元60中。剩餘的輻射通過分光器54，且由反射鏡58引入分析物參考單元9 0。透射通過分析物參考單元90的輻射被引向及通過第四透鏡92。第四透鏡92係在分析物參考單元90與第二光偵測器94 (PD 2)之間對準。光偵測器94提供輸入至電腦與控制電子器件100。單元60由二高反射性鏡62、64製成，鏡62、64沿著軸線

1278610 (6) a對準成爲近共焦的校準器。鏡62、64構成單元60的輸入與輸出窗。所硏究的氣體樣本流過窄管66，其與單元60 的光學軸線a共軸。鏡62、64安置於由真空緊密風箱密封的可調整凸緣或安裝件上，以允許調整單元60的光學對準。鏡62、64具有高反射率介電質塗層，且係定向以該塗層面對單元60所形成的光腔內部。一小部分的雷射光透過前鏡62進入單元60，且在單元60的光腔內前後「環行」。透過單元60之後鏡64(反射器）透射的光引向且通過第三透鏡68，且成像於第一光偵測器70 (PD 1)上。各光偵測器70、 94將進入的光束轉換成爲電流，且因此提供一輸入信號至電腦與控制電子器件1 00。輸入信號代表光腔環降的衰減率。圖3繪示先前技術CRDS共振器1〇〇中的光學路徑。如圖3 所示，用於CRDS的共振器1〇〇係根據使用二Brewster的角反向反射器稜鏡50、52。偏光或Brewster的角ΘΒ相對於稜鏡 50而顯示。入射光12與離開光14係分別繪示成爲稜鏡52 的輸入與輸出。共振的光束在各稜鏡5 0、5 2中以約4 5猶歷二全內反射而無損失，該角大於熔凝石英與大部分其他常用光學稜鏡材料的臨界角。光沿著光學軸線5 4，行進於稜鏡5 0、5 2之間。雖然當與其他光譜學方法比較時，光腔環降光譜學實施時較簡單且較不昂貴，不過，仍需耗費可觀的成本，因爲光腔環降光譜系統的成本可能在每單元數千美金的等

1278610⑺ 級。此外，習知CRDS器件於製造與使用期間易於在光學元件之間造成偏差。爲了克服習知方法的缺點以改進共振器構造，提供一種用於CRDS的以光纖爲基礎之新穎光學共振器。本發明之一目的係以具有增強消逝性場部分之感測器取代習知光纖感測器，藉以提供更敏感的光纖感測器。發明內容爲了達成該目的與其他目的及鑑於其目標，本發明提供一種在氣體樣本中用於微量物質偵測與測量之已改進裝置。該裝置包含一被動光纖電纜；至少一與被動光纖電纜共線的感測器，該至少一感測器其一部分暴露於氣體樣本或液體樣本；一輻射的同調式光源；耦合構件，其係用於 i)將同調式光源發射的一部分輻射引至被動光纖環，及ii) 接收一部分在被動光纖環中的共振輻射；一偵測器，其係用於偵測由耦合構件所接收之輻射位準及產生回應其的信號；及一耦合至偵測器的處理器，其用於根據偵測器產生的信號，決定氣體樣本或液體樣本中之微量物質的位準。依據本發明的另一特點，感測器具有一暴露於氣體樣本或液體樣本的漸縮部分。依據本發明的又一特點，感測器具有一「D」形剖面的暴露部分。依據本發明的再另一特點，微量物質的位準係根據偵測器產生的信號之衰減率而決定。 -12-

1278610 (8) 依據本發明的另一特點，一濾波器係安置於耦合構件與偵測器之間，以選擇性地將輻射之已接收部分自被動光纖迴圈傳遞至偵測器。依據本發明的另一特點，耦合器包含i)一第一耦合器，用於將同調式光源發射的部分輻射引至被動光纖環的第一區段，及Π)—第二耦合器，用於接收在被動光纖環的第二區段中的部分輻射。依據本發明的另一特點，光纖的暴露部分係該光纖的包

依據本發明的另一特點，光纖的暴露部分係該光纖的內芯。依據本發明的另一特點，同調式光源係光學參數產生器、光學參數放大器或雷射。 - 依據本發明又另一特點，行進於光纖中的輻射之一消逝 _ 性場係暴露於氣體樣本或液體樣本。依據本發明再另一特點，由光纖吸收輻射使輻射的衰減率增加。 _ 依據本發明又另一特點，共振之被動光纖具有一中空 -H- 心。依據本發明又另一特點，該裝置進一步包括一感測器，其由一圓柱形本體形成，且由共振之被動光纖的暴露部分之一區段環繞，俾使消逝性場對於微量物質之暴露係藉由增加消逝性場的穿透深度而增強。依據本發明的另一特點，至少一部分被動光纖環係塗佈 -13 -

1278610 ⑼ 一材料，以選擇性增加在光纖環已塗佈部分處之微量物質的濃度。應了解，上列一般說明以及下列詳細說明係示範性’並不因此限制本發明。實施方式 2001年12月12日申請之美國專利申請案1〇/〇17,367號的全部揭示以引用的方式倂入本文中。

圖4繪示依據本發明第一示範性具體實施例的以光纖爲基礎之環降裝置400，透過其可以偵測氣體與液體中的微量物質或分析物。圖4中，裝置400包含共振之光纖環408’ 其具有沿著光纖電纜402的長度分佈之光纖電纜402與感測器500 (詳細說明如下）。共振之光纖環408的長度容易適應於各種擷取狀況，諸如周緣感測或通過一實體廠的各剖面。雖然如所示感測器5 00係沿著光纖迴圈408的長度而分佈，視需要，本發明可僅使用一感測器5 00來實施。分佈更多的感測器500允許在安裝處所的各點取樣微量物質。本發明也能夠使用感測器500的組合而實施，其中光纖電纜4 02的直區段暴露於液體或氣體樣本，或只有光纖電纜 402的直區段暴露於液體或氣體樣本。本發明涵蓋共振之光纖環的長度可以小至約1公尺，或大至若干公里。輻射404的同調式光源（諸如光學參數產生器（OPG)、光學參數放大器（OPA)或雷射）發射與所關注的分析物或微量物質之吸收頻率一致的波長輻射。同調式光源404可以係具有根據所關注的微量物質之窄帶之可調諧二極體雷 -14-

1278610⑽ 射。可購得之光學參數放大器之一例係可得自於加州 Mountain View的 Spectra Physics，型號爲 OPA-800C。同調式光源404的頻率相對於分析物之例槪述於表1。表 1只是示範，且不企圖限制本發明的範疇。此外，已涵蓋本發明可以用於偵測各種對於人類及/或動物有害的化學與生物製劑。也涵蓋此偵測可以藉由以與所需抗原特別結合之抗體塗佈於被動光纖環的表面而增強。分析物或微量物質近似波長近紅外線近似波長中紅外線水(h20) 1390奈米 5940奈米氨（nh3) 1500奈米 10300奈米甲烷（ch4) 1650奈米 3260奈米二氧化碳（co2) 1960奈米 4230奈米一氧化碳（CO) 1570奈米；2330奈米 4600奈米一氧化氮（NO) 1800奈米；2650奈米 5250奈米二氧化氮（no2) 2680奈米 6140奈米氧化氮（n20) 2260奈米 4470奈米二氧化硫（so2) 7280奈米乙炔 1520奈米 7400奈米氟化氫（HF) 1310奈米氯化氫（HC1) 1790奈米 3400奈米溴化氫（HBr) 1960奈米 3820奈米碘化氫（HI) 1540奈米氰化氫（HCN) 1540奈米 6910奈米

-15 -

1278610 (Π) 硫化氫（h2s) 1570奈米臭氧區（〇3) 9500奈米甲醛（h2co) 1930奈米 3550奈米磷化氫（ph3) 2150奈米 10100奈米氧（〇2) 760奈米表l

在第一示範性具體實施例中，來自同調式光源404的輻射透過選擇性的光學隔離器406、耦合器410及消逝性輸入耦合器4 12提供至共振之光纖環408。當同調式光源404係二極體雷射時，使用光學隔離器406藉由防止反射回到雷射中而提供使雷射中的雜訊減至最小的利益。消逝性輸入耦合器412可提供來自同調式光源404之固定百分比的輻射進入共振之光纖環408，或可以根據存在於整個共振之光纖環408的損失百分比而調整。較佳地，由消逝性輸入耦合器412提供至共振之光纖環408的輻射量匹配光纖電纜402與連接器（未顯示）中呈現的損失。提供1%輻射耦合 (99%/1 %分裂比例耦合）之可購得的消逝性耦合器係由紐澤西州牛頓市的ThorLabs製造，型號爲10202Α-99。在一較佳具體實施例中，消逝性輸入耦合器4 1 2把來自同調式光源404小於1%之輻射耦合至光纖電纜402中。在一示範性具體實施例中，爲了偵測微量物質或分析物，移除一部分覆蓋光纖電纜402的護罩402a，以暴露環繞光纖電纜402之內芯402c的包覆物402b。或者，可移除護罩402a與包覆物402b任一者，以暴露內芯402c，或是光 -16-

1278610⑼ 纖電纜402的護罩部分可暴露於液體或氣體樣本。後一方法可用於例如當消逝性場（討論如下）延伸進入護罩以與微量物質（其已吸收或溶化於護罩中）互相作用的狀況。然而，因爲用於某些型式的光纖電纜之內芯402c之脆性本質，移除護罩與包覆物二者可能並非最佳。典型光纖電纜之剖面顯示於圖5 A。彎曲一全內反射（TIR)元件可以改變入射的電磁波接觸反射表面的角度。在彎曲光纖圍繞一圓柱形本體的狀況中，在與本體相對的光纖芯之表面上的反射角接近垂直，且消逝性場的穿透深度增加。藉由環繞若干圈的光纖電纜 402於圓柱形芯元件502周圍（見圖5 B)，消逝性場穿透深度增加，且更長的光纖可以暴露於實際體積更小的偵測流體。驗證透過改變彎曲半徑以改進光纖感測的實驗在D· Littlejohn等人於應用光譜學53: 845_849 (1999)的「用於近紅外線光譜學之彎曲矽光纖消逝性吸收感測器」中有討論。圖5B繪示一用於偵測液體或氣體樣本中的微量物質之示範性感測器5 00。如圖5B所示，感測器5 00包含圓柱形芯元件502 (其可以是實心、中空或可滲透），諸如心軸，其中一部分光纖電纜402 (在此例中暴露包覆物402b)環繞於芯元件502超過預定的長度5 06。也可以藉由環繞芯元件 5〇2而暴露光纖電纜402之芯402c，以製造感測器500。芯元件502的直徑係形成使得光纖芯402c小於一臨界半徑 r，此時，因爲光纖芯402c圍繞芯元件5 02，或者犧牲光纖的完整性，多餘的輻射可能透過光纖芯402c而損失。臨界 •17-

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半徑r依通過光纖電纜402及/或光纖組成物之輻射頻率而定。在本發明之一較佳具體實施例中，芯元件502的半徑係在約1公分與1 〇公分之間，且較佳爲至少約1公分。如所示，來自光纖電纜402的輻射係在輸入504處提供及在輸出 5 0 8處擷取。圓柱形芯元件502可以在其表面上具有一其中安置光纖電纜402之螺旋溝槽，及一固定光纖電纜402至圓柱形芯元件5 02的構件。此固定構件可採用任何形式，諸如鎖入圓柱形芯元件502的螺絲，以及黏著劑，諸如環氧樹脂或矽橡膠等。在本發明的實施例中，感測器500係與光纖電纜402成爲一體，或可使用可購得的光纖連接器耦合至光纖電纜402。

圖6 A繪示輻射如何透過一典型光纖電纜傳播。如圖6 A 所示，輻射606在內芯402c與包覆物402b之間的邊界展現全內反射（TIR)。有某些可忽略的損失（未顯示），即，輻射未反射，而是被吸收至包覆物402b中。雖然圖6A繪示成爲光纖電纜，但是圖6 A與本發明的示範性具體實施例同樣可以應用於中空光纖，諸如中空波導，其中包覆物402b 環繞一中空芯。圖6B係感測器5 00之一示範性具體實施例的剖視圖，其繪示環繞光纖電纜402於芯元件502周圍的影響。如圖6B 所示，只有護罩402a係自光纖電纜402移除。輻射60 6行進於芯402c中，且在內芯402c與鄰近芯元件502之包覆物 4〇2b-l的部分間的邊界展現全內反射，而具有可忽略的損失609。另一方面，在微量物質或分析物610存在時，消逝 -18 - 127_⑼

性場608穿過內芯402c與包覆物402b-2的暴露部分之間的介面。此基本上根據所存在的微量物質610之數量而使輻射606衰減，且稱爲「衰減的全內反射（ATR)」。必須注意’ 如果不存在具有與輻射波長之吸收帶相容的微量物質’則輻射606不衰減（不同於光纖中的固有損失）。

圖6C係感測器500的另一示範性具體實施例之剖視圖，其繪示環繞光纖電纜402於芯元件502周圍，但其中一部分護罩402a保持原狀的效應。如圖6D所示，只有護罩 402a之一上部分自光纖電纜402移除。類似於感測器500的第一示範性具體實施例，輻射606行進於芯402c中，且在內芯402c與鄰近芯元件502之包覆物402b-l部分間的邊界展現全內反射，而具有可忽略的損失609。另一方面，在微量物質或分析物610存在時，消逝性場608穿過內芯402c 與包覆物402b-2的暴露部分間的介面。

已涵蓋護罩402a的移除（在感測器5 00的任一例中）可以藉由機械構件完成，諸如習知光纖剝除工具，或藉由將光纖電纜之部分浸入可侵蝕及溶解護罩402a而不會影響包覆物402b與內芯402c的溶劑中。在部分移除護罩402a的狀況，溶劑方法可以藉由選擇性施加溶劑至所欲移除的護罩之部分而加以修改。爲了增強微量物質的分析物分子在一液體樣本中的吸引力，被動光纖環之無護罩部分可以塗佈一材料，以選擇性增加微量物質在光纖環已塗佈部分之濃度。此塗佈材料之一例係聚乙烯。此外，抗原的特定結合劑可用以塗佈光 -19-

1278610 03) 纖，以吸引具有高明確度之所需生物分析物。

再參考圖4，輻射在穿過感測器5 00以後，剩餘的輻射繼續通過光纖迴圈408。該剩餘輻射之一部分藉由消逝性輸出耦合器416耦出光纖迴圏408之外。消逝性輸出耦合器 4 16係透過偵測器41 8與信號線422耦合至處理器420。處理器420可以是例如個人電腦（PC)，其具有一用於轉換偵測器4 1 8的類比輸出成爲數位信號以供處理的構件。處理器 42 0也透過控制線424控制同調式光源404。一旦信號由處理器420自偵測器4 1 8接收，處理器可以根據所接收之輻射的衰減率，決定所存在之微量物質的數量和型式。視需要，波長選擇器430可以放在消逝性輸出耦合器416 與偵測器41 8之間。波長選擇器430當作濾波器，防止不在預定範圍內的輻射輸入至偵測器4 1 8。偵測器414耦合至輸入耦合器412的輸出。偵測器414的輸出經由信號線42 2提供至處理器420,用於決定共振之光纖環40 8何時已接收足夠的輻射以執行微量物質分析。

在液體中偵測微量物質或分析物之狀況中，液體的折射率必須低於光纖電纜的折射率。例如，已知一光纖電纜的折射率n= 1.46，則本發明可以用於偵測溶解於水（η = 1.33) 與許多有機溶劑中的微量物質，有機溶劑包含例如甲醇（η = 1.326)、η-己烷（η=1·372)、二氯甲烷（η=1·4242)、丙酮（η =1.3588)、二乙烯（η = 1.3526)與四氫呋喃（η = 1.404)。化學品與其個別折射率之延伸清單可以在1971年俄亥俄州克利夫蘭的化學橡膠公司的Weast，Rober C·編輯之化學和慰· -20-

Ι27_(ι6) 理的CRC手冊第52版第E-201頁中找到，其以引用的方式倂入本文中。可以使用具有不同折射率之其他形式的光纖，而且假設該光纖具有比液體高的折射率且在目標分析物的吸收帶區域中有效地透光，則本發明可修改成一給定的液體基質。目前有許多可用之不同型式的光纖。一例係Corning之 SMF-28e熔矽光纖，其在電信應用中具有一標準用途。存在特殊光纖，其在不同波長大小處透光’諸如德州奧斯丁的3M公司製造（型號爲FS-VS-2614)的488奈米/ 514奈米單模光纖、德州奧斯丁的3M公司製造（型號爲FS-SN-3224)的 630奈米可見波長單模光纖、德州奧斯丁的3M公司製造 (型號爲FS-SN-4224)的820奈米標準單模光纖、及日本的 KDD Fibedabs製造（型號爲GF-F-160)之具有4微米透射的 0.28-NA氟化物玻璃光纖。又，且如上述，光纖電纜402可以是中空光纖。已涵蓋光纖402可以是中紅外線透射光纖，以允許接取比分析物吸收強度高許多之光譜區域，以增加裝置400的敏感度。在此區域中透射輻射之光纖典型上由氟化物玻璃製成。圖7繪示本發明的第二示範性具體實施例，透過其可偵測氣體與液體樣本中的微量物質或分析物。在說明圖7 時，執行與針對第一示範性具體實施例而說明者類似之功能的元件將具有相同的參考號碼。圖7中，裝置700使用類似的共振之光纖環408，其包含光纖電纜402與感測器 -21 -

I278610〇7) 5 00。來自同調式光源404的輻射係透過選擇性的光學隔離器4 06、耦合器410及消逝性輸入/輸出耦合器43 4提供至共振之光纖環408。消逝性輸入/輸出耦合器434可以提供固定百分比之輻射，自同調式光源404至共振之光纖環408 中，或可以根據存在於整個共振之光纖環408的損失而調整。在示範性具體實施例中，消逝性輸入/輸出耦合器434 基本上係針對上述討論第一示範性具體實施例的消逝性輸入耦合器4 1 2重組態而成。在一較佳具體實施例中，消逝性輸入/輸出耦合器434將小於1%的輻射自雷射404耦合至光纖電纜402。微量物質的偵測類似於在第一示範性具體實施例中所述，且因而此處不再重複。輻射在穿過感測器500以後，剩餘的輻射繼續通過光纖迴圈408。剩餘輻射之一部分藉由消逝性輸入/輸出耦合器 434向外耦合光纖環408。消逝性輸入/輸出耦合器434係透過偵測器41 8與信號線422耦合至處理器420。如同第一示範性具體實施例，處理器420也透過控制線424控制同調式光源4〇4。一旦處理器420自偵測器41 8接收到信號，處理器可以根據所接收之輻射的衰減率’決定所出現之微量物質的數量和型式。視需要，波長選擇器4 3 0可以放在消逝性輸入/輸出耦合器4 3 4與偵測器4 1 8之間。波長選擇器4 3 0當作濾波器，防止不在預定範圍內的輻射被輸入偵測器4 1 8。波長選擇器 43 0也可以由處理器420控制，以在來自同調式光源404的 -22-

1278610 (18) 輻射耦合至光纖電纜402中以後的期間，防止來自同調式光源404的輻射使偵測器418「盲目」。

圖8A-8D繪示用於偵測液體或氣體樣本中的微量物質之另一示範性感測器800。如圖8A與8D所示，感測器800由光纖801形成，係藉由使內芯804與包覆物805漸縮，以產生具有漸縮內芯80 8與漸縮包覆物809的漸縮區域802。漸縮區域802的形成可以使用二技術之一而完成。第一技術係加熱光纖801之局部區段，及在需要形成感測器800之區域的任一側同時絕熱地拉動。此程序在光纖8〇 1中產生固定的漸縮。然後，此漸縮光纖可以當作例如依據第一示範性具體實施例的光譜感測器。在第二示範性技術中，漸縮區域8 0 2的形成可以藉由使用一化學劑，可控制地移除預定厚度的光纖包覆物805，以形成漸縮包覆物809。參考圖 10A_10C，詳細說明使用第二技術形成之感測器。

圖8B繪示在前漸縮與後漸縮區域中之感測器800的剖面。如圖8B所示，內芯804與包覆物805係在未修改的狀態。應該注意，爲了簡化起見，繪示與說明並未參考光纖電纜801的護罩，雖然假設此護罩係位於光纖電纜80 1至少一部分的適當位置中。圖8C繪示漸縮區域802中之感測器800之一剖面。如圖 8C所示，與內芯804及包覆物80 5相比，漸縮內芯808與漸縮形包覆物809各具有顯著減小的直徑。漸縮區域802可以是根據特殊應用的任何所需長度。在例如圖8 D所示之示範性具體實施例中，漸縮區域的長度約爲4公厘，而腰部 •23-

1278610 直徑814約爲12微米。再參考圖8A，與漸縮區域802中之增強消逝性場810相比，內芯8 0 4的區域中之消逝性場8 0 6係狹窄且受到約束。如所示，增強消逝性場8 1 0容易暴露於微量物質（未顯示），如以上針對先前的示範性具體實施例所討論者，且因此係更能夠偵測到區域8 1 2中的微量物質。圖9A-9C繪示用於偵測液體或氣體樣本中之微量物質的又另一示範性感測器9 0 0。如圖9 A所示，感測器9 0 0由光纖9 0 1形成，其係藉由移除一部分的包覆物905，以產生實質上「D」形剖面區域902。「D」形剖面區域902的形成可藉由使用例如硏磨劑拋光光纖包覆物905之一側而完成。硏磨劑用於依沿著區域902連續增加深度的方式，移除包覆物905，以保存所引導的模式品質，最終到達在最小包覆物厚度909處的最大深度。此最小包覆物厚度的區域代表最大消逝性場暴露9 1 0的區域。圖10A-10C繪示用於偵測液體或氣體樣本中之微量物質的又另一示範性感測器1 000。感測器1〇〇〇係使用以上針對漸縮感測器示範性具體實施例說明的第二技術形成。如圖 1〇 A所示，感測器1〇〇〇由光纖1001形成，其係藉由使用熟習此項技術人士已知的化學劑移除一部分包覆物1〇〇5 ’以產生具有漸縮包覆物1009的漸縮區域1002。重要的是化學劑不允許干擾或移除內芯的任何部分，因爲此可能導致感測器1000的顯著損失。圖10B繪示在前漸縮與後漸縮區域中之感測器1〇〇〇的剖 -24-

I27861〇(2〇) 面。如圖10B所示，內芯1004與包覆物1005係在未修改的狀態。又應該注意，爲了簡便起見，繪示與說明未參考光纖電纜1001的護罩，雖然假設此護罩係位於光纖電纜1001 至少一部分的適當位置中。

圖10C繪示在漸縮區域1002中之感測器1000的剖面。如圖10C所示，內芯1004未受影響，但與包覆物1005相比，漸縮包覆物1009具有顯著減少的直徑。漸縮區域1002可以是根據特殊應用之任何所需長度。在示範性具體實施例中，例如，漸縮區域的長度約爲4公厘，而腰部的直徑1014 約爲12微米。再參考圖10A，當與漸縮區域1002中之增強消逝性場 1010相比時，內芯1004的區域中之消逝性場1006係狹窄且受拘束。如所示，增強消逝性場1010容易暴露於微量物質 (未顯示），如以上針對先前的示範性具體實施例討論者，且因此更能夠偵測到區域1012中的微量物質。

關於上述感測器800、900與1000，由於形成感測器而產生於光纖中的損失可在光纖改變以前，藉由決定用於所需偵測限制之適當漸縮直徑或拋光深度，而與消逝性場暴露的量達到平衡。此外，可能希望提供一用於感測器8 0 0、 90 0及/或1〇〇〇的保護安裝件，以補償個別的漸縮與拋光操作導致增加的脆性。已涵蓋感測器800、900及/或1000可用於當作在一圓柱形芯元件502 (其可以是實心、中空或可滲透）上之未受限制光纖，諸如心軸（顯示於圖5 B )，或環或彎曲組態（未顯 -25 -

1278610 (21) 示）。感測器800、900與1000可藉由以濃縮基質（諸如生物劑）塗佈感測區域以吸引所關注的分析物而進一步增強。此生物劑係熟習該項技術人士已知者。亦涵蓋到若干偵測區域 800、900及/或1000可沿著一光纖電纜的長度形成，以產生分佈式後圜感測器。雖然在此已參考某些特定具體實施例而繪示及說明，然而不意於將本發明限制於所示的細節。實際上，可在與申請專利範圍等效的範疇與範圍內做各種修改，而不會偏離本發明的精神。圖式簡單說明當配合附圖閱讀時，以上詳細說明可更了解本發明。所強調的是，依據一般的實例，圖式的各種特性未照比例繪示。相反地，爲了清楚起見，將各種特性的尺寸任意擴充或縮小。包含於附圖中的係下列圖式：圖1以對數標度繪示電磁光譜；圖2繪示一使用鏡之先前技術CRDS系統；圖3繪示一使用稜鏡之先前技術CRDS系統；圖4繪示本發明之第一示範性具體實施例；圖5 A係一習知光纖的端視圖；圖5B係依據本發明的示範性具體實施例之感測器透視圖；圖6 A係光纖電纜的剖視圖，其繪示在電纜中之輻射的傳播；

1278610 (22) 圖6B係光纖感測器的剖面，繪示依據本發明之一示範性具體實施例的消逝性場；圖6C係光纖感測器的剖面，其繪示依據本發明之另一示範性具體實施例的消逝性場；圖6D係光纖感測器的剖面，其繪示暴露依據本發明之一示範性具體實施例的光纖芯的方法；圖7繪示依據本發明之第二示範性具體實施例；

圖8A-8D繪示依據本發明之第三示範性具體實施例的光纖感測器；圖9A-9C繪示依據本發明之第四示範性具體實施例的光纖感測器；及圖10A-10C繪示依據本發明之第五示範性具體實施例的

光纖感測器。圖式符號代表說明 10 光腔環降光譜學（CRDS)裝置 12 入射光 14 出射光 20 二極體雷射 30 溫度控制器 40 隔離器 46 第一透鏡 48 光纖 50, 52 稜鏡 50 單模光纖耦合器 -27- 1278610 (,) 戀劍 52, 58 反 54 分 54 光 56 第 60 rm 62, 64 鏡 66 窄 68 第 70 第 90 分 92 第 94 第 100 光 400 基 402a 護 402b， 805, 905, 1005 包 402c，804, 1004 內 402 光 404 同 406 光 408 共 410 耦 412 消 414, 418 偵射鏡光器學軸線二透鏡降光腔（RDC)單元管三透鏡一光偵測器析物參考單元四透鏡二光偵測器腔環降光譜學共振器於光纖之後圜裝置罩覆物心纖電纜調式光源學隔離器振之光纖環合器逝性輸入耦合器測器

-28- 1278610 (24) 416 消逝性輸出耦合器 420 處理器 422 信號線 424 控制線 430 波長選擇器 434 消逝性輸入/輸出耦合器 500, 800, 900, 1000 感測器 502 芯元件 504 輸入 508 輸出 606 輻射 608, 806, 810，消逝性場 1006, 1010 609 損失 610 微量物質或分析物 700 裝置 801， 901， 1001 光纖 802, 1002 漸縮區域 808 漸縮內芯 809, 1009 漸縮包覆物 902 D形剖面區域 909 最小包覆物厚度 910 最大消逝性場暴露 1012 區域

-29- 1278610 (25) 軸線

-30-

Claims

I27%〇H596號專利申請案中文申請專利範圍替換本(95年11月）替換!： *'·卜· J . K ‘…V 一. -·'. - .… ,... 1 .. . .... ... .-.··...:·· .； ' . : 、*·♦-·....·. · ·. -: .... ......二.....· · ' . · . .. . 拾、申請專利範圍 .'……—一.' - ，…..l—l.. .. .么η· : :..…广…丨'· . ·. .· '·. / *" ·· ，、- · · · · ·-.、··，·.·， . , . .· ‘，..·，·. . I , . ..... ' · , , ... ： I ’ ’ ‘， · .·’·，* ........….......... : …3 1· 一種在一氣體樣本與一液體樣本至少其一中用於微量物質之偵測與測量的裝置，其包括：一被動光纖；至少一感測器，其係與該被動光纖共線，該至少一感測器的一部分暴露於該氣體樣本或液體樣本；一輻射之同調式光源；耦合構件，其用於i)將該同調式光源發射之一部分輻射引至該被動光纖環，及ii)接收在該被動光纖環中共振的一部分輻射；一偵測器，其係用於偵測由該耦合構件所接收之該輻射的位準及產生對其回應之信號；及一耦合至該偵測器的處理器，其用於根據由該偵測器產生的該信號，決定該氣體樣本或液體樣本中之該微量物質的位準。 2.如請求項1之裝置，其中該微量物質的位準係根據由該偵測器產生的該信號之衰減率而決定。 3·如請求項1之裝置，其中該耦合構件係一光學耦合器。 4·如請求項3之裝置，進一步包括一濾波器，其係安置於該耦合構件與該偵測器之間的一光學路徑中，以選擇性把來自該被動光纖之該已接收輻射部分傳送至該偵測器。 5.如請求項4之裝置，其中該濾波器根據該輻射的波長， 1278610 ?「年"月~日修(更)正替換I

將輻射傳送至該偵測器。 6·如請求項1之裝置，其中該耦合構件包含i)一第一耦合器，其係用於將由該同調式光源發射之該部分輻射引至該被動光纖的一第一區段，及ii)一第二耦合器，其係用於接收在該被動光纖的一第二區段中之該部分輻射。 7。如請求項1之裝置，其中該感測器具有一暴露於該氣體樣本或液體樣本的漸縮部分。 8·如請求項7之裝置，其中該漸縮部分係藉由加熱與絕熱伸展該被動光纖而形成。 9·如請求項1之裝置，其中該暴露的部分具有一「D」形剖面。 10·如請求項9之裝置，其中該「D」形剖面係藉由硏磨該光纖的一包覆物之表面而形成。 11·如請求項1之裝置’其中該輻射的同調式光源係一光學參數產生器。 12.如請求項1之裝置’其中該輻射的同調式光源係一光學參數放大器。 13·如請求項1之裝置，其中該輻射的同調式光源係一雷射。 I4·如請求項1之裝置，其中該輻射的同調式光源係一脈衝雷射。 15.如請求項1之裝置’其中該輻射的同調式光源係一連續波雷射。 -2 -

1278610 _ 汀年f/月N曰修(更)正替換買 16·如請求項1 3、1 4或1 5之裝置，其中該雷射係〜光纖雷射。 17·如請求項1 5之裝置，其中該連續波雷射係一具有窄帶的可調諧二極體雷射。队如請求項1 7之裝置，進一步包括一隔離器，其係親合於該雷射與該耦合構件間且與自該雷射發射的輻射共線，該隔離器使該雷射中的雜訊減至最小。 19·如請求項1之裝置，其中一行進於該被動光纖中之該輻射的消逝性場係暴露於氣體樣本或液體樣本。 20·如請求項1 9之裝置，其中來自該被動光纖之該輻射的吸收使由該耦合構件接收之該輻射的衰減率增加。 21. 如請求項1之裝置’其中該被動光纖係自熔矽、藍寶石與氟化物基玻璃中之一形成。 22. 如請求項1之裝置’其中該被動光纖係由一中空光纖形成。 23. 如請求項2 1或22之裝置’其中該被動光纖係一單模光纖。 24. 如請求項21或22之裝置’其中該被動光纖係一多模光纖。 25. 如請求項1之裝置’進一步包括至少一圓柱形本體’其係具有預定直徑且由該感測器的暴露部分環繞，其中該消逝性場對於該微量物質的暴露係藉由增加該 '消％性場的穿透深度而增強。 26. 如請求項1之裝置’進一步包括複數個圓柱形本體’其

1278610 係具有個別的預定直徑且由該等感測器中之個別感測器的暴露部分之個別區段環繞。 27. 如請求項2 5或2 6之裝置，其中該管狀結構係一心軸。 28. 如請求項27之裝置，其中該心軸具有一至少約1公分的剖面半徑。 29. 如請求項2 7之裝置’其中該心軸具有一在約1公分與1 0 公分之間的剖面半徑。 30. 如請求項1之裝置，其中該微量物質係水、乙炔與氨中至少其一。 31. 如請求項2 8之裝置，其中該同調式光源係單模雷射，其係可在約1390奈米與約15 13奈米之波長區域中調諧。 32. 如請求項1之裝置，其中該被動光纖在一電磁光譜的可見至中紅外線區域之間的一波長處共振。 33. 如請求項1之裝置，其中該感測器的至少一部分係配置於該液體樣本中，用於決定於該液體樣本中之該微量物質的出現。 34·如請求項1之裝置，其中該感測器的至少一部分係由一材料塗佈，以選擇性增加在該感測器已塗佈部分之該微量物質的濃度。 35.如請求項3 4之裝置，其中該材料吸引該微量物質的分析物分子。 36·如請求項35之裝置，其中該材料係聚乙烯。 37·如請求項3 4之裝置，其中該感測器的至少該已塗佈部分係配置於該液體樣本中’用於決定於該液體樣本中 1278610 之該微量物質的出現。 38.如請求項1之裝置，進一步包括一輸入偵測器，其係用於決定來自該雷射的能量何時提供至該被動光纖。 39·如請求項3 8之裝置，進一步包括控制構件，使得該輸入偵測器決定該雷射提供能量至該被動光纖以後，根據自該被動光纖接收輻射的接收構件，使該雷射解除致動。 40.如請求項39之裝置，其中該控制構件與該輸入偵測器係耦合至該處理構件。 41·如請求項1之裝置5其中該被動光纖的折射率係大於該液體樣本的折射率。 42·如請求項1之裝置，其中該被動光纖的折射率係根據該氣體樣本的折射率與該微量物質之吸收帶。 43. 如請求項1之裝置，其中耦合進入該被動光纖之該部分輻射係少於提供至該耦合構件的輻射約1 %。 44. 如請求項1之裝置’其中耦合進入該被動光纖的該部分輻射係可變的。 45. 如請求項1之裝置，其中耦合進入該被動光纖的之該部分輻射係根據該被動光纖迴圈中的損失而改變。 46. 如請求項45之裝置’其中該被動光纖中的損失係根據連接器損失與光纖損失中至少其一。 47. 如請求項1之裝置’其中該光纖係至少約1公尺長。 48. 如請求項1之裝置’其中該光纖係至少約1 〇公尺長。 49. 如請求項1之裝置，其中該光纖係至少約1公里長。

1278610 — - 一 — ^ -----一… 声Μ〜叫办 50· —種在一氣體樣本與一液體樣本至少其一中用於微量物質之偵測與測量的裝置，其包括：一共振之被動光纖環；至少一與該被動光纖環共線的感測器，該至少一感測器中的每一感測器具有一暴露於該氣體樣本或液體樣本的漸縮部分；一發射輻射之同調式光源；一第一光學耦合器，其將該同調式光源發射之該輻射的至少一部分提供至該共振之被動光纖環的一第一區段；一第二光學耦合器，其係用於自該共振之被動光纖環的一第二區段接收該共振之被動光纖環中該輻射的一部分；及一耦合至該第二光學耦合器的處理器，其係用於根據由該第二光學耦合器接收的該輻射之衰減率，決定該氣體或液體樣本中之該微量物質的位準。 51·如請求項50之裝置，進一步包括一第一光學偵測器，其係耦合於該第二光學耦合器與該處理器之間，用於回應該第二光學耦合器接收的該輻射而產生一信號。 52·如請求項5 0之裝置，其進一步包括一第二光學偵測器，其係耦合於該第一光學耦合器與該處理器之間’ 用於決定來自該雷射的能量何時提供至該被動光纖 xsa 壞0 53.如請求項5 2之裝置，其中該第二光學偵測器回應於自 -6- 1278610 (Uf〇 •.姐替换頁I

該同調式光源接收的輻射，產生一觸發信號至該處理器。 54·如請求項50之裝置，其中該第一與第二光學耦合器係單一耦合器。

55.如請求項50之裝置，進一步包括至少一圓柱形本體，其係耦合至該感測器的漸縮部分，以形成該感測器具有預定半徑之部分，該液體樣本或氣體樣本的至少一部分接觸該感測器已形成的部分。 56· —種在一氣體樣本與一液體樣本至少其一中用於微量物質之偵測與測量的裝置，其包括：一共振之被動光纖環；至少一感測器，其係與該被動光纖環共線，該至少一感測器具有一暴露於該氣體樣本或液體樣本的「D」形剖面部分；一發射輻射之同調式光源；

一第一光學耦合器，其將該同調式光源發射之該輻射的至少一部分提供至該共振之被動光纖環的一第一區段；一第二光學耦合器，其用於自該共振之被動光纖環的一第二區段接收該共振之被動光纖環中該輻射的一部分；及一耦合至該第二光學耦合器的處理器，其係用於根據由該第一光學親合器接收的該輻射之衰減率，決定該氣體或液體樣本中之該微量物質的位準。 1278610

57·如g靑求項5 6之裝置’進一步包括至少—圓柱形本體，其係親合至該感測益的「D」形剖面部分，以形成該感測器具有預定半徑之部分’該液體樣本或氣體樣本的至少一部分接觸該感測器已形成的部分。 58. —種在一氣體樣本與一液體樣本至少其—中用於—微量物質之偵測與測量的方法，該方法舌：藉由使一光纖環的一部分漸縮，以自該光纖環形成一感測器；將該光纖環的漸縮部分暴露於該氣體樣本或液體樣本；自一同調式光源發射輻射；將該同調式光源發射之該輻射的至少一部分耦合進入該光纖環；接收行進於該光纖環中之該輻射的一部分；及根據該光纖環中該輻射之一衰減率，決定該氣體或液體樣本中之該微量物質的位準。 59. 如請求項58之方法，進一步包含以下步驟：根據該微量物質的吸收頻率，以預定的半徑形成該光纖環之漸縮部分的至少一部分；及將該感測器之已形成的部分暴露於該液體樣本或氣體樣本。 60. 如請求項59之方法’進一步包含以下步驟：將行進於該光纖環中該輻射之一消逝性場暴露於該氣體樣本或液體樣本。 -8 - 1278610 ft%/月β曰修咬、王替換頁

61·如請求項6〇之方法，進一步包含以下步驟：回應於該輻射由該微量物質之吸收，根據該光纖環中的該_射衰減率，決定該氣體樣本或液體樣本中之該微量物質的位準。 62· —種在一氣體樣本與一液體樣本至少其一中用於一微量物質之偵測與測量的方法，該方法包括：藉由移除一光纖之包覆物的一部分，形成「D」形割面，以自該光纖形成一感測器；將該光纖的「D」形剖面部分暴露於該氣體樣本或液體樣本；自一同調式光源發射輻射；將該同調式光源發射之該輻射的至少一部分耦合進入該光纖；接收行進於該光纖中該輻射的一部分；及根據該光纖中該輻射之衰減率，決定該氣體或液體樣本中之該微量物質的位準。 63.如請求項6 2之方法，進一步包含以下步驟：根據該微量物質的吸收頻率，以預定的半徑形成該光纖的「D」形剖面部分的至少一部分；及暴儒該感測器之已形成部分於該液體樣本或氣體樣本。 64·如請求項63之方法，進一步包含以下步驟··暴露行進於該光纖中該輻射之一消逝性場於該氣體樣本或液體樣本。 -9 · 1278610 65. 如請求項64之方法，進一步包含以下步驟：回應於該輻射由該微量物質之吸收，根據該光纖中該輻射之衰減率，決定該氣體樣本或液體樣本中之該微量物質的位準。 66. —種感測器，用於光腔環降光譜學之一氣體樣本與一液體樣本至少其一中微量物質之偵測，該感測器包括：一被動光纖，其具有一第一內芯與一第一包覆物，該第一內芯與包覆物具有個別的第一直徑；一漸縮部分，其係由該被動光纖形成且與之共線，該漸縮部分具有一第二內芯與一第二包覆物，該第二內芯與包覆物具有個別的第二直徑，其中該第二內芯的直徑小於該第一內芯的直徑，該第二包覆物的直徑小於該第一包覆物的直徑，且該漸縮部分係暴露於該液體樣本與氣體樣本至少其一，以偵測該微量物質。 67·如請求項66之感測器，其中該漸縮部分之一消逝性場係大於該被動光纖之一消逝性場。 68. —種感測器，用於光腔環降光譜學之一氣體樣本與一液體樣本至少其一中微量物質之偵測，該感測器包括：一^被動光纖’其具有一*內芯與一^第一包覆物，該內芯與該第一包覆物具有個別的第一直徑；一硏磨部分，其係由該被動光纖形成且與之共線，該硏磨部分具有一實質上「D」形剖面的包覆物；其中該硏磨部分係暴露於該液體樣本與氣體樣本至 -10- 替換頁

1278610 少其一，以偵測該微量物質。 69. 如請求項6 8之感測器，其中該實質上「D」形剖面部分之一消逝性場對於該微量物質的暴露係大於該被動光纖之一消逝性場。 70. —種感測器，用於光腔環降光譜學之一氣體樣本與一液體樣本至少其一中微量物質之偵測，該感測器包括：

一被動光纖，其具有一內芯與一第一包覆物’該內芯與該第一包覆物具有個別的第一直徑；一漸縮部分，其係由該被動光纖形成且與之共線’ 該漸縮部分具有該內芯與一第二包覆物’該第二包覆物的直徑小於該第一包覆物的直徑’ 其中該漸縮部分係暴露於該液體樣本與氣體樣本至少其一，以偵測該微量物質。 71·如請求項70之感測器’其中該漸縮部分之一消逝性場係大於該被動光纖之一消逝性場。

-11 - 1278610 陸、（一）、本案指定代表圖爲：第_2_匱 ft嗇之元件代表符號簡單說明： 402 光纖電纜 404 同調式光源 406 光學隔離器 410 耦合器 418 偵測器 420 處理器 422 信號線 424 控制線 430 波長選擇器 434 消逝性輸入/輸出耦合器 500 感測器 700 裝置柒、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式: