探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器制造技术

技术编号：42504737 阅读：8 留言：0更新日期：2024-08-22 14:19

本发明专利技术涉及一种光纤传感器，具体涉及一种探测范围可调的双D型PCF‑SPR低浓度液体传感器，传感器由两个D型光子晶体光纤组成；D型光子晶体光纤的包层内设有七层小空气孔和三层大空气孔，两个D型光子晶体光纤组合后的三层大空气孔呈正六边形点阵排列，小空气孔呈正六边形点阵排列；D型光子晶体光纤的抛磨平面上镀有银纳米薄膜和二氧化钛纳米薄膜组成的复合纳米薄膜，两个D型光子晶体光纤之间设有狭缝。通过调节D型光纤间距能够实现对折射率探测上限的修改，实现对低浓度氯化钠溶液与低浓度血红蛋白溶液的高灵敏度探测。狭缝宽度为1.7mm和1.9um时可分别实现对不同浓度氯化钠溶液和不同浓度血红蛋白溶液的高灵敏度检测。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤传感器，具体涉及一种探测范围可调的双d型pcf-spr低浓度液体传感器。

技术介绍

1、光纤传感器因其良好的电绝缘性、较强的抗电磁干扰能力和较高的灵敏度，被广泛应用于生化传感领域，尤其是低浓度水溶液的高灵敏度监测。常用于检测低浓度水溶液的方案主要包括光纤布拉格光栅传感器、各种类型的干涉光纤传感器和光纤表面等离子体共振传感器。然而，为了提高液体折射率灵敏度，光纤光栅通常需要对包层进行过度蚀刻，这极大降低了传感器的结构完整性。各种类型的干涉传感器还需要利用部分或完全暴露的纤芯来获得折射率变化引起的干涉光束相位差。这大大降低了传感器的结构强度，并涉及极为复杂的制造工艺。此外，这两种方法都容易受到温度和应力的交叉干扰。其中，光纤表面等离子体共振（surface plasmon resonance, spr）传感技术因其折射率灵敏度高和抗干扰能力强而成为最有前途的解决方案之一。

2、光纤表面等离子体共振传感器必须确保纤芯模式和表面等离子体基元模式之间的耦合，理论上此时这两个模式的有效折射率相等。因此，基于光子晶体光纤（photoniccrystal fiber, pcf）的表面等离子体共振技术，因其纤芯折射率能够进行灵活设计和调控，易与表面等离子体基元模式实现相位匹配而激发spr现象。然而，石英光纤的纤芯模式有效折射率通常为1.45，因此耦合通常发生在可见光区域（如用于气体或生物的传感器）。受限于表面等离子体共振的电场穿透深度，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器对低浓度液体的探测灵敏度仍然较低。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种探测范围可调、体积小、测量精度高，用于高灵敏度检测低浓度液体的双d型pcf-spr传感器。

2、本专利技术采用的技术方案为：一种探测范围可调的双d型pcf-spr低浓度液体传感器，传感器由两个结构相同且对称组合的d型光子晶体光纤组成；所述d型光子晶体光纤的包层内设有七层小空气孔和三层大空气孔，两个d型光子晶体光纤组合后的三层大空气孔呈正六边形点阵排列，小空气孔呈正六边形点阵排列；所述d型光子晶体光纤的抛磨平面上镀有银纳米薄膜和二氧化钛纳米薄膜组成的复合纳米薄膜，两个d型光子晶体光纤之间设有狭缝。

3、所述d型光子晶体光纤的直径为70μm -90μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.4μm -2.8μm；所述m银纳米薄膜的厚度为50nm -70nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为40nm-60nm；所述小空气孔的直径为1.1μm -1.5μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为1.8μm -2.2μm；所述大空气孔的直径为4.6μm- 5μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为5.8μm -6.2μm；所述的两d型光子晶体光纤之间狭缝宽度为1.7μm -3μm。

4、进一步地，所述d型光子晶体光纤的直径为70μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.4μm；所述银纳米薄膜的厚度为50nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为40nm；所述小空气孔的直径为1.1μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为1.8μm；所述大空气孔的直径为4.6μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为5.8μm；所述的两d型光子晶体光纤之间狭缝宽度为1.7μm。

5、进一步地，所述d型光子晶体光纤的直径为80μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.6μm；所述银纳米薄膜的厚度为60nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为50nm；所述小空气孔的直径为1.3μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为2μm；所述大空气孔的直径为4.8μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为6μm；所述的两d型光子晶体光纤之间狭缝宽度为1.9μm。

6、进一步地，所述d型光子晶体光纤的直径为90μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.8μm；所述银纳米薄膜的厚度为70nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为60nm；所述小空气孔的直径为1.5μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为2.2μm；所述大空气孔的直径为5μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为6.2μm；所述的两d型光子晶体光纤之间狭缝宽度为3μm。

7、进一步地，单个d型光子晶体光纤包层内的大空气孔的数量为39个，其中内层大空气孔的数量为10个，中间层大空气孔的数量为13个，最外层大空气孔的数量为16个；单个d型光子晶体光纤包层内的小空气孔的数量为103个，其中最内层至最外层的数量分别为6、9、12、15、18、21和22个。

8、进一步地，所述的d型光子晶体光纤的纤芯位于最内层的小空气孔的中心处。

9、进一步地，所述d型的光子晶体光纤为抛磨掉部分包层的光子晶体光纤，光纤的抛磨平面与呈正六边形点阵排列的大空气孔和小空气孔的一条边平行。

10、进一步地，所述的两个d型光子晶体光纤间的狭缝为添加完复合纳米薄膜后的间距，狭缝宽度可以在1.7μm -3μm之间任意调节。

11、本专利技术的有益效果：提供了一种探测范围可调、体积小、测量精度高，用于高灵敏度检测低浓度液体的双d型光子晶体光纤表面等离子体共振传感器。大空气孔和小空气孔均呈六边形规则排列的光子晶体光纤已经大规模商用，制作容易。该传感器对低浓度液体具有极高的探测灵敏度，例如0 g/l -100 g/l的氯化钠溶液的平均灵敏度为4.38 nm/g·l-1，0 g/l -20 g/l的血红蛋白溶液的平均灵敏度为20.85 nm/g·l-1。

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【技术保护点】

1.一种探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器，其特征在于：PCF-SPR低浓度液体传感器由两个结构相同且对称组合的D型光子晶体光纤组成；所述D型光子晶体光纤的包层内设有七层小空气孔和三层大空气孔，两个D型光子晶体光纤组合后的三层大空气孔呈正六边形点阵排列，小空气孔呈正六边形点阵排列；所述D型光子晶体光纤的抛磨平面上镀有银纳米薄膜和二氧化钛纳米薄膜组成的复合纳米薄膜，两个D型光子晶体光纤之间设有狭缝；

2.根据权利要求1所述的探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器，其特征在于：所述D型光子晶体光纤的直径为70μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.4μm；所述银纳米薄膜的厚度为50nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为40nm；所述小空气孔的直径为1.1μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为1.8μm；所述大空气孔的直径为4.6μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为5.8μm；所述的两D型光子晶体光纤之间狭缝宽度为1.7μm。

3.根据权利要求1所述的探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器，其特征在于：所述D型光子晶体光纤的

4.根据权利要求1所述的探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器，其特征在于：所述D型光子晶体光纤的直径为90μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.8μm；所述银纳米薄膜的厚度为70nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为60nm；所述小空气孔的直径为1.5μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为2.2μm；所述大空气孔的直径为5μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为6.2μm；所述的两D型光子晶体光纤之间狭缝宽度为3μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的探测范围可调的双D型PCF-SPR低浓度液体传感器，其特征在于：单个D型光子晶体光纤包层内的大空气孔的数量为39个，其中内层大空气孔的数量为10个，中间层大空气孔的数量为13个，最外层大空气孔的数量为16个；单个D型光子晶体光纤包层内的小空气孔的数量为103个，其中最内层至最外层的数量分别为6、9、12、15、18、21和22个。

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【技术特征摘要】

1.一种探测范围可调的双d型pcf-spr低浓度液体传感器，其特征在于：pcf-spr低浓度液体传感器由两个结构相同且对称组合的d型光子晶体光纤组成；所述d型光子晶体光纤的包层内设有七层小空气孔和三层大空气孔，两个d型光子晶体光纤组合后的三层大空气孔呈正六边形点阵排列，小空气孔呈正六边形点阵排列；所述d型光子晶体光纤的抛磨平面上镀有银纳米薄膜和二氧化钛纳米薄膜组成的复合纳米薄膜，两个d型光子晶体光纤之间设有狭缝；

2.根据权利要求1所述的探测范围可调的双d型pcf-spr低浓度液体传感器，其特征在于：所述d型光子晶体光纤的直径为70μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.4μm；所述银纳米薄膜的厚度为50nm，所述二氧化钛纳米薄膜的厚度为40nm；所述小空气孔的直径为1.1μm，相邻的两个小空气孔之间的间距为1.8μm；所述大空气孔的直径为4.6μm，相邻的两个大空气孔之间的间距为5.8μm；所述的两d型光子晶体光纤之间狭缝宽度为1.7μm。

3.根据权利要求1所述的探测范围可调的双d型pcf-spr低浓度液体传感器，其特征在于：所述d型光子晶体光纤的直径为80μm，光纤的抛磨平面与纤芯中心点的距离为2.6μm；所述银纳米薄膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建鑫，吕靖薇，杨琳，付海昊，曾验舒，刘伟，刘强，赵雪莹，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：

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