引用本文:
王雨,韩飞,郎婷婷,等:基于细芯光纤结构的表面等离子体共振折射率传感器[J]. 光通信技术,2019,43(8)32-34.
王 雨,韩 飞,郎婷婷,赵春柳*
(中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州 310018)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:表面等离子体共振(SPR)传感器常用的光纤处理方法易使光纤结构脆弱,从而导致机械性能下降,提出了一种基于细芯光纤(TCF) SPR原理的折射率传感器。通过使用单侧均匀涂覆金(Au)膜的多模光纤-细芯光纤-多模光纤(MMF-TCF-MMF)结构作为传感单元,折射率传感器能够在1.34~1.4161的范围内达到3045.69 nm/RIU的衰减谷宽度灵敏度和48.09 dB/RIU的能量损耗灵敏度;在1.34~1.3797的范围内达到112.21 nm/RIU的SPR峰波长灵敏度和 -86.27 dB/RIU的SPR峰值灵敏度。实验结果表明:与传统SPR传感器相比,该传感器易制备,且机械稳定性和灵敏度高。
关键词:表面等离子体共振;细芯光纤;折射率光纤传感器
中图分类号:TN212 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)08-0032-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.08.008
0 引言
自上世纪80年代表面等离子体共振(SPR)现象被提出以来[1],开展了各种关于SPR效应的研究,SPR传感器在技术上逐渐完善,在应用方面逐渐成熟[1-9]。从1993年Jorgenson和Yee提出了第一个光纤SPR传感器以来[10],研究人员开发了许多新的光纤SPR传感器。大多数基于光纤结构的SPR传感器需要设法移除包层,使得倏逝波可以到达金属与电介质的交界面,与激发的表面等离子体波(SPW)产生共振。常见的方法有化学溶解[11,12]、制作微结构光纤[8,13-17]、机械抛 光[18-20]和光纤拉锥[21-23]等,但这些方法会导致光纤结构脆弱、机械性能下降。还有一些其它方法,例如使用倾斜光栅[24]或以特定角度抛光端面的探针[25],虽然能够保持光纤的性能,但都需要复杂的操作来实现。而细芯光纤(TCF)作为一种特殊结构的光纤,具有比普通光纤几何尺寸小很多的纤芯结构。当信号光进入TCF时,芯径比例失配会导致在纤芯传播的光大量泄漏进入包层,使倏逝波很容易达到TCF和环境电介质的交界面处,因此不需要对TCF特殊处理,便可以保持光纤良好的机械性能。由于SPW的光学特性强烈依赖于周围介质的折射率,因此TCF可用于环境折射率的高精度传感。
本文提出一种基于TCF的SPR原理折射率传感器,可有效地激发SPR效应,实现高精度折射率传感。
3 结束语
本文提出了一种基于TCF的SPR原理折射率传感器。该传感器的传感单元由一侧镀有Au膜的MMF-TCF-MMF结构组成,仅利用BBS和光探测器即可实现传感,装置简单且实用。实验表明:该传感器结构可有效激发SPR效应;随着传感区样品折射率的增大,SPR 谐振波长向长波方向漂移,对应的峰值强度减小,且SPR引起的能量损耗增加,透射光谱的衰减谷向长波方向变宽。因此,基于TCF结构的光纤SPR传感器可实现折射率的精确测量,且SPR衰减谷宽度灵敏度极高,已达到3045.69 nm/RIU。所提出的传感器具有体积小和机械稳定性高的优势,在生物化学领域拥有更广阔的应用前景。