本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種折射率傳感器、其制備方法及折射率檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的用于測(cè)液體折射率的傳感器一般都是基于普通光纖制成的折射率傳感器，這種基于普通光纖制成的折射率傳感器靈敏度普遍比較低。

而基于光子晶體光纖(pcf，photoniccrystalfibers)的表面等離子共振(spr，surfaceplasmonresonance)傳感器也是一種折射率傳感器，主要就是用于測(cè)液體折射率的，這種基于光子晶體光纖的spr傳感器測(cè)液體折射率靈敏度高，但是現(xiàn)在關(guān)于這種基于光子晶體光纖的spr傳感器大多都停留在理論研究上，少有人提出真正的可實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，這在很大程度上限制了pcf-spr傳感器的發(fā)展；因此，迫切需要提出一種可實(shí)現(xiàn)的pcf-spr傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種折射率傳感器、其制備方法及折射率檢測(cè)裝置，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便并且靈敏度高的基于光子晶體光纖的表面等離子共振傳感器。

本發(fā)明提供了一種折射率傳感器，所述折射率傳感器包括：一段光子晶體光纖和嵌在所述光子晶體光纖的包層空氣孔中的探針；

所述光子晶體光纖的纖芯為實(shí)芯，嵌有探針的包層空氣孔與所述纖芯相鄰，所述探針為貴金屬探針，所述探針包括探身和探頭，所述探身為圓柱形結(jié)構(gòu)，探頭為圓錐形結(jié)構(gòu)，所述探身的其中一段嵌入所述包層空氣孔，所述探身的另一段和所述探頭裸露在外面。

進(jìn)一步地，所述探針的個(gè)數(shù)為一根，一根所述探針嵌在所述光子晶體光纖的一個(gè)包層空氣孔中。

進(jìn)一步地，所述貴金屬探針為金探針或銀探針。

進(jìn)一步地，嵌入所述包層空氣孔中的一段探身的長(zhǎng)度為0.5cm-2cm，裸露在外面的一段探身的長(zhǎng)度為1μm-3μm，所述探頭的長(zhǎng)度為0.5μm-2μm。

進(jìn)一步地，所述光子晶體光纖的端面分布的包層空氣孔的整體形狀為六邊形。

本發(fā)明還提供了上述折射率傳感器的制備方法，其特征在于，包括：

用選擇性開(kāi)孔技術(shù)在一段光子晶體光纖的一端選擇性打開(kāi)包層空氣孔，而堵住其它包層空氣孔；

往所述光子晶體光纖選擇性打開(kāi)的包層空氣孔中填充貴金屬；

將所述光子晶體光纖中填充的貴金屬加工成探針結(jié)構(gòu)，制成具有探針結(jié)構(gòu)的所述折射率傳感器。

進(jìn)一步地，所述選擇性開(kāi)孔技術(shù)包括：

將所述光子晶體光纖的一端與單模光纖熔接，且在距離熔接點(diǎn)10μm處切斷所述單模光纖，以使剩余的單模光纖薄片封住所述光子晶體光纖的全部包層空氣孔且所述包層空氣孔可見(jiàn)，利用飛秒激光微加工技術(shù)對(duì)任意與所述光子晶體光纖的纖芯相鄰的包層空氣孔選擇性開(kāi)孔；

所述往光子晶體光纖選擇性打開(kāi)的包層空氣孔中填充貴金屬包括：

將所述光子晶體光纖選擇性開(kāi)孔的一端與玻璃管的一端熔接，并在玻璃管內(nèi)放入貴金屬；在所述玻璃管的另一端接入高壓，同時(shí)對(duì)放置有所述貴金屬的那段玻璃管以及待填充的那段光子晶體光纖加熱，以使得所述高壓將融化后的貴金屬壓入所述光子晶體光纖的選擇性打開(kāi)的包層空氣孔中；

所述將所述光子晶體光纖中填充的貴金屬加工成探針結(jié)構(gòu)，制成探針結(jié)構(gòu)的折射率傳感器，包括：

在所述貴金屬冷卻成型后，切除熔接的玻璃管和所述單模光纖薄片，對(duì)所述光子晶體光纖的填充有貴金屬的一端進(jìn)行化學(xué)腐蝕，使部分圓柱形的貴金屬暴露出來(lái)，并對(duì)暴露出的圓柱形的貴金屬的頂端進(jìn)行磨削，加工成圓錐形結(jié)構(gòu)，從而形成所述探針。

本發(fā)明還提供了一種折射率檢測(cè)裝置，其特征在于，包括上述折射率傳感器。

進(jìn)一步地，所述折射率檢測(cè)裝置還包括光源、光纖光譜儀和耦合器，所述耦合器的第一端和所述光源連接，第二端和所述光纖光譜儀連接，第三端和所述折射率傳感器連接。

進(jìn)一步地，所述耦合器和所述折射率傳感器之間通過(guò)多模光纖連接；所述光源為連續(xù)寬帶光源，所述連續(xù)寬帶光源和所述耦合器之間沿光路方向還包括起偏器和偏振控制器，所述連續(xù)寬帶光源、起偏器、偏振控制器和耦合器依次連接，且通過(guò)單模光纖連接，所述光纖光譜儀和所述耦合器之間通過(guò)單模光纖連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的一種折射率傳感器、其制備方法及折射率檢測(cè)裝置，其中，折射率傳感器為一種探針結(jié)構(gòu)的傳感器件，包括一段光子晶體光纖和嵌在光子晶體光纖的與纖芯相鄰的包層空氣孔中的貴金屬探針，其具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高的特點(diǎn)；并且，采用本發(fā)明提供的折射率檢測(cè)裝置對(duì)待測(cè)液體進(jìn)行折射率檢測(cè)時(shí)，只需將折射率傳感器裸露在外面的探針部分置于待測(cè)液體環(huán)境中，通過(guò)檢測(cè)探針與纖芯中的光信號(hào)產(chǎn)生的表面等離子共振的共振峰波長(zhǎng)的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)液體折射率的檢測(cè)，使用起來(lái)比較方便，并且具有較高的靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種折射率傳感器的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種填充有貴金屬的光子晶體光纖端面分布的包層空氣孔為六邊形的橫截面的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種折射率檢測(cè)裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種折射率傳感器，如圖1所示，所述折射率傳感器包括：一段光子晶體光纖10和嵌在所述光子晶體光纖的包層空氣孔中的探針11；所述光子晶體光纖10包括纖芯101和多個(gè)包層空氣孔102，所述纖芯101為實(shí)芯，嵌有探針11的所述包層空氣孔與所述纖芯101相鄰，所述探針11為貴金屬探針，所述探針11包括探身和探頭，所述探身為圓柱形結(jié)構(gòu)，探頭為圓錐形結(jié)構(gòu)，所述探身的其中一段嵌入所述包層空氣孔，所述探身的另一段和所述探頭裸露在外面。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的所述貴金屬探針為金探針；事實(shí)上，所述貴金屬探針也可以為銀探針。

具體地，嵌入所述包層空氣孔中的一段探身的長(zhǎng)度為0.5cm-2cm，裸露在外面的一段探身的長(zhǎng)度為1μm-3μm，所述探頭的長(zhǎng)度為0.5μm-2μm。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的所述光子晶體光纖的端面分布的包層空氣孔為六邊形密排的結(jié)構(gòu)，所述纖芯位于這種六邊形密排結(jié)構(gòu)的包層空氣孔的中心，如圖2所示；事實(shí)上，本發(fā)明實(shí)施例提供的這種包層空氣孔為六邊形密排的光子晶體光纖也可以使用其它排布方式的光子晶體光纖替代，并且包層空氣孔的孔徑大小也沒(méi)有特殊的限制，只要將貴金屬填充入空氣孔可以與纖芯里傳輸?shù)墓庑盘?hào)產(chǎn)生的倏逝場(chǎng)實(shí)現(xiàn)表面等離子共振即可。

下面具體介紹這種折射率傳感器的制備方法：

步驟s1，用選擇性開(kāi)孔技術(shù)在一段光子晶體光纖的一端選擇性打開(kāi)包層空氣孔，而堵住其它包層空氣孔；

具體地，所述選擇性開(kāi)孔技術(shù)包括：將光子晶體光纖的一端和單模光纖熔接，并利用顯微鏡輔助觀察的切割技術(shù)在距離熔接點(diǎn)約10μm處切斷單模光纖，目的是用一段單模光纖薄片封住光子晶體光纖的全部包層空氣孔，并且從所述單模光纖端面還能觀察到包層空氣孔的位置。利用飛秒激光微加工技術(shù)對(duì)與所述光子晶體光纖的纖芯相鄰的一個(gè)包層空氣孔選擇性開(kāi)孔，以把需要填充的一個(gè)包層空氣孔打開(kāi)。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例是以在一個(gè)包層空氣孔中嵌入一根探針為例來(lái)講述該折射率傳感器的制備方法，本發(fā)明實(shí)施例提供的需要填充的一個(gè)包層空氣孔為與纖芯相鄰的空氣孔中的任意一個(gè)，通過(guò)在該包層空氣孔中填充金的方式來(lái)嵌入探針。

步驟s2，往所述光子晶體光纖選擇性打開(kāi)的包層空氣孔中填充貴金屬；

具體地，采用的填充方法是將光子晶體光纖選擇性開(kāi)孔的一端與玻璃管的一端熔接，并在玻璃管內(nèi)放入金絲，在所述玻璃管的另一端接入高壓，同時(shí)對(duì)金絲放置在玻璃管中所處的那段以及光子晶體光纖需要填充的那段加熱，將金融化后，用高壓即可將金壓入光子晶體光纖的選擇性打開(kāi)的包層空氣孔中。

具體地，所述玻璃管的外徑為125μm，與光子晶體光纖外徑相同，內(nèi)徑為75μm；金絲的直徑為50μm，接入的高壓約為2mpa，金的熔點(diǎn)為1064.18攝氏度，在具體加熱的時(shí)候，會(huì)加熱到1100度，已經(jīng)超過(guò)金的熔點(diǎn)。

步驟s3，將所述光子晶體光纖中填充的貴金屬加工成探針結(jié)構(gòu)，制成具有探針結(jié)構(gòu)的所述折射率傳感器；

具體地，將金填充進(jìn)入之后冷卻凝固，變成圓柱形。然后將熔接的玻璃管和所述單模光纖薄片切下來(lái)，對(duì)所述光子晶體光纖的填充有金的一端進(jìn)行化學(xué)腐蝕，使部分圓柱形的金暴露出來(lái)，并對(duì)暴露出的圓柱形的金的頂端進(jìn)行磨削，加工成圓錐形結(jié)構(gòu)，從而形成所述探針；該探針的探身的其中一段嵌在所述光子晶體光纖的包層空氣孔中，另一段和探頭裸露在外面。

事實(shí)上，關(guān)于上述步驟，不僅限于通過(guò)填充金的方式來(lái)嵌入探針，也可以通過(guò)填充銀的方式來(lái)嵌入探針。

本發(fā)明提供的一種折射率傳感器為一種新型探針結(jié)構(gòu)的傳感器件，包括一段光子晶體光纖和嵌在光子晶體光纖的與纖芯相鄰的包層空氣孔中的貴金屬探針，其具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，并且使用方便，可應(yīng)用在生化領(lǐng)域。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種折射率檢測(cè)裝置，如圖3所示，包括折射率傳感器1，還包括光源2、光纖光譜儀3和耦合器4，所述耦合器4的第一端和所述光源1連接，第二端和所述光纖光譜儀3連接，第三端和所述折射率傳感器1連接。

具體地，所述耦合器4和所述折射率傳感器1之間通過(guò)多模光纖連接，更具體地，所述折射率傳感器1和所述耦合器4的連接方式為，首先將光子晶體光纖沒(méi)有填充金的部分切掉，然后將露出的端面與所述多模光纖的一端熔接，另一端與所述耦合器4連接；所述光源2為連續(xù)寬帶光源，所述連續(xù)寬帶光源和所述耦合器4之間沿光路方向還包括起偏器5和偏振控制器6，所述連續(xù)寬帶光源、起偏器5、偏振控制器6和耦合器4依次連接，且通過(guò)單模光纖連接，所述光纖光譜儀3和所述耦合器4之間通過(guò)單模光纖連接。

具體地，所述耦合器為1×2光纖分束器，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明附圖中提供的是2×2光纖分束器，事實(shí)上，只需要1×2光纖分束器就可以滿足要求。

本發(fā)明提供的折射率檢測(cè)裝置的工作原理為：光源2輸出的光信號(hào)通過(guò)多模光纖傳導(dǎo)入光子晶體光纖結(jié)構(gòu)探頭處，纖芯中的光信號(hào)在特定波長(zhǎng)與包層空氣孔中的金實(shí)現(xiàn)表面等離子共振，由此產(chǎn)生的表面等離子激元(spp，surfaceplasmonpolariton)在微米范圍內(nèi)具有一定的傳輸特性，分布到裸露出的金探針探頭。當(dāng)金探針探頭周?chē)凵渎实淖兓?，?huì)影響到探頭表面的spp，通過(guò)spp的傳導(dǎo)，進(jìn)而使金與纖芯發(fā)生表面等離子共振的共振峰波長(zhǎng)發(fā)生變化，纖芯中傳導(dǎo)的光信號(hào)的損耗峰由此出現(xiàn)位移，載有傳感信息的光信號(hào)在pcf的纖芯端面發(fā)生反射，通過(guò)光纖連接進(jìn)入光譜儀4可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。

本發(fā)明提供的一種折射率檢測(cè)裝置對(duì)待測(cè)液體進(jìn)行折射率檢測(cè)時(shí)，只需將折射率傳感器裸露在外面的探針部分置于待測(cè)液體環(huán)境中，通過(guò)檢測(cè)探針與纖芯中的光信號(hào)產(chǎn)生的表面等離子共振的共振峰波長(zhǎng)的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)液體折射率的檢測(cè)，利用金表面等離子體實(shí)現(xiàn)傳感應(yīng)用具有較高的傳感靈敏度；并且，將金填充入光子晶體光纖制備而成的探針器件，光源的輸入光和反射回來(lái)的信號(hào)光都通過(guò)一根光子晶體光纖傳輸，傳輸過(guò)程中的損耗較少，具有較高的傳輸穩(wěn)定性，提高了探針在傳感檢測(cè)中的易用性；另外，該折射率檢測(cè)裝置除了利用探針的表面等離子共振對(duì)液體折射率進(jìn)行傳感之外，也可以對(duì)電磁場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，將裸露在外面的探針置于待測(cè)電磁場(chǎng)中，當(dāng)電磁場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，利用探針的表面等離子共振，也可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。