集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置制造方法及图纸

该发明专利技术公开了集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置，涉及激光传感器领域。本发明专利技术利用空芯光子带隙光纤，当泵浦光照射到本发明专利技术光纤上时，因为本发明专利技术光纤内壁具有的高低折射率交替薄膜构成的布拉格反射结构，可以作为法布里

【技术实现步骤摘要】
集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置


[0001]本专利技术属于激光传感器领域，具体涉及一种集生化传感和大容量随机标签于一体的光纤微流激光生化分析装置，实现生化检测和大容量随机标签两种功能。

技术介绍

[0002]免疫比浊法是一种临床检测中常见的生物分析方法。抗原抗体特异性结合形成免疫复合物粒子，使反应液体产生浊度，对入射光产生散射，散射光的强度与复合物粒子浓度和大小成正比，抗原浓度可以通过检测入射光经过反应液体前后的强度差得到。但是传统的检测方法具有灵敏度低、试剂用量大等缺点。
[0003]空芯光子带隙光纤由空气纤芯、布拉格反射结构和保护层组成的包层构成，布拉格反射结构由多层折射率高低不同的介质同心圆周期相叠组成，可通过调整薄膜材料折射率和薄膜厚度在特定波段实现高反射率。结合微流光纤激光技术，空芯光子带隙光纤的管状外形可以用作微流通道，填充增益液体和反应液体；同时其高反射率的布拉格反射结构可以为激光发射提供光学反馈，在光纤截面径向产生法布里
‑
珀罗腔的谐振。空芯光子带隙光纤的包层中嵌入了多个空气通道，将产生的短波激光反射回腔内，与腔内信号发生自混合干涉。由于包层空气通道的形状在光纤拉制过程中无法精确控制，导致在光纤的不同位置上收集到的激光信号是随机的。在大规模检测的应用场景中，生物检测功能和样品标记功能都不可或缺，而现有技术没有能同时实现高灵敏度的生物检测功能和大容量随机标签的设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对
技术介绍
中提到的缺陷，提供了集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置。该装置具有检测单元体积小、检测样品用量小、标签编码容量大等特点。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术提出的解决方案是：集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置，该装置包括泵浦光源模块I、样品控制和检测模块II、信号收集处理模块III，共三个部分：
[0006]所述泵浦光源模块I用于给样品控制和检测模块II提供泵浦激光；
[0007]所述样品控制和检测模块II包括：电动位移台(5)和空芯光子带隙光纤(6)；所述空芯光子带隙光纤(6)内壁有布拉格反射结构，光纤包层中沿光纤轴向每个截面都嵌有随机微结构；所述泵浦激光垂直入射到空芯光子带隙光纤(6)，产生光信号输出；在低能量激光泵浦下，产生的激光信号A纵模波长间隔均匀且稳定，装置用于生化传感；在高能量激光泵浦下，产生的激光信号B的纵模波长间隔随机且随光纤位置随机改变，装置用于产生大容量随机标签；所述低能量激光泵浦与高能量激光泵浦的界限为E，E大于15μJ/mm2；所述电动位移台(5)将精确沿轴向移动空芯光子带隙光纤(6)，在光纤不同位置得到多组随机光信号输出；
[0008]当装置用于生化传感时，对产生的激光光谱结果进行积分处理；
[0009]当装置用于产生大容量随机标签时，将产生的激光光谱转换为二进制字符串；光纤不同位置得到的多组光信号输出转化为多组相同位数的二进制字符串，形成一个二维随机二进制标签。
[0010]进一步的，所述泵浦光源模块I包括：脉冲激光器(1)、分束器(2)、能量计(3)、柱面透镜(4)，所述脉冲激光器(1)输出泵浦激光，经过分束器(2)后分为垂直的两束，其中一束入射到能量计(3)，实时监测光束能量；另一束激光经过柱面透镜(4)，形成条形光斑，垂直会聚于空芯光子带隙光纤(6)上；
[0011]所述信号收集处理模块III包括：可调中性滤光片(7)、收集元件(8)、传输光纤(9)、光谱分析仪(10)和计算机(11)；所述可调中性滤光片(7)将信号光进行可调衰减，收集元件(8)对信号光进行会聚收集并耦合至传输光纤(8)中，进一步传输至光谱分析仪(10)，光谱结果将被传输到计算机(11)中并根据所需功能进行数据处理。
[0012]进一步的，当装置用于产生大容量随机标签时，在高能量激光泵浦下，取激光信号B的一段，将该端激光光谱转化为二维随机二进制标签的规则如下：
[0013]步骤1：找到光谱中激光纵模强度最高的幅值，将该幅值的10％为阈值；再找到光谱中所有激光纵模强度高于阈值的波长位置；
[0014]步骤2：将波长范围以0.38nm为间隔划分为50个波长区间，并对应50位二进制字符，其中前49个区间为左闭右开区间，最后一个区间为闭区间；
[0015]步骤3：如果步骤1中得到的波长位置处于某个波长区间，则此区间对应的比特位为数码“1”，否则为数码“0”；
[0016]步骤4：光纤不同位置得到的N组光信号输出按照步骤1
‑
3转化为N组长度相同的二进制字符串，得到50
×
N的二维数码矩阵，形成一个二维随机二进制标签；其中N值可以根据应用需求调整、扩展，得到编码容量为2
50
×
N
的二维随机二进制标签。
[0017]进一步的，所述空芯光子带隙光纤(6)内壁的布拉格反射结构在620nm至720nm反射率大于80％。
[0018]进一步的，所述脉冲激光器(1)波长在400nm到800nm之间连续可调，输出脉冲激光能量在1μJ到1mJ之间连续可调。
[0019]进一步的，输出激光信号时，激光信号A的泵浦阈值小于激光信号B的泵浦阈值。
[0020]进一步的，激光信号A的中心波长比激光信号B的中心波长长，且激光信号A和激光信号B的带宽没有重叠。
[0021]本专利技术利用空芯光子带隙光纤，当泵浦光照射到本专利技术光纤上时，因为本专利技术光纤内壁具有的高低折射率交替薄膜构成的布拉格反射结构，可以作为法布里
‑
珀罗腔，形成激光谐振；因为布拉格反射结构的特性，短波长的激光透过法布里
‑
珀罗腔被包层中的随机微结构反射回腔内，发生自混合干涉，从而激光信号B为随机纵模信号。
[0022]实现了微流激光器，可用于生物传感和产生二维随机二进制标签，在大规模检测等应用中，可以高度集成传感和标记功能，减少样品和试剂消耗，降低成本。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]1、本专利技术提出双功能的光纤微流激光生化分析装置，具有生化传感和大容量随机标签功能，可解决大规模检测的应用场景中对大量样品的检测和标记需求。
[0025]2、本专利技术利用空芯光子带隙光纤作为传感单元，其空芯结构尺寸小，有效减少了检测样品和试剂的消耗量。
[0026]3、本专利技术利用空芯光子带隙光纤，可以通过光纤拉丝技术进行百米级大批量制备，而生成一个2500比特位的二进制标签只需要长度为7.5mm的光纤，降低成本。
[0027]4、本专利技术得到的激光信号B，利用激光纵模的窄线宽特性，通过增加扫描光纤长度、更换有机染料种类从而增加激光波长范围，实现了对编码容量的扩展。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置的结构示意图。
[0029]图2为本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置，该装置包括泵浦光源模块I、样品控制和检测模块II、信号收集处理模块III，共三个部分：所述泵浦光源模块I用于给样品控制和检测模块II提供泵浦激光；所述样品控制和检测模块II包括：电动位移台(5)和空芯光子带隙光纤(6)；所述空芯光子带隙光纤(6)内壁有布拉格反射结构，光纤包层中沿光纤轴向每个截面都嵌有随机微结构；所述泵浦激光垂直入射到空芯光子带隙光纤(6)，产生光信号输出；在低能量激光泵浦下，产生的激光信号A纵模波长间隔均匀且稳定，装置用于生化传感；在高能量激光泵浦下，产生的激光信号B的纵模波长间隔随机且随光纤位置随机改变，装置用于产生大容量随机标签；所述低能量激光泵浦与高能量激光泵浦的界限为E，E大于15μJ/mm2；所述电动位移台(5)将精确沿轴向移动空芯光子带隙光纤(6)，在光纤不同位置得到多组随机光信号输出；当装置用于生化传感时，对产生的激光光谱结果进行积分处理；当装置用于产生大容量随机标签时，将产生的激光光谱转换为二进制字符串；光纤不同位置得到的多组光信号输出转化为多组相同位数的二进制字符串，形成一个二维随机二进制标签。2.如权利要求1所述的集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置，其特征在于，所述泵浦光源模块I包括：脉冲激光器(1)、分束器(2)、能量计(3)、柱面透镜(4)，所述脉冲激光器(1)输出泵浦激光，经过分束器(2)后分为垂直的两束，其中一束入射到能量计(3)，实时监测光束能量；另一束激光经过柱面透镜(4)，形成条形光斑，垂直会聚于空芯光子带隙光纤(6)上；所述信号收集处理模块III包括：可调中性滤光片(7)、收集元件(8)、传输光纤(9)、光谱分析仪(10)和计算机(11)；所述可调中性滤光片(7)将信号光进行可调衰减，收集元件(8)对信号光进行会聚收集并耦合至传输光纤(8)中，进一步传输至光谱分析仪(10)，光谱结果将被传输到计算机(11)中并根据所需功能进行数据处理。3.如权利要求1所述的集成生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳琼，龚元，刘艺玲，张雅馨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：