一種多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳感在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多模光纖和單模光纖組成 的新結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖表面等離子體共振傳感器是1993年美國(guó)華盛頓大學(xué)R. C. Jorgensen根據(jù)棱 鏡型表面等離子體共振傳感器的原理，提出的一種新型表面等離子體共振傳感器。這種結(jié) 構(gòu)的表面等離子體共振傳感器用多?；騿文９饫w代替棱鏡作為激發(fā)產(chǎn)生表面等離子體共 振效應(yīng)的耦合介質(zhì)，提高了傳感器的穩(wěn)定性，能夠更好的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。目前，光纖表 面等離子體共振傳感器受到了廣泛關(guān)注和研究。錐形、楔形、D型、MSM等結(jié)構(gòu)的光纖表面等 離子體共振傳感器相繼被提出，有效提高了光纖表面等離子體共振傳感器的靈敏度和檢測(cè) 精度。
[0003] 然而，傳統(tǒng)光纖表面等離子體共振傳感器和錐形、楔形、D型結(jié)構(gòu)的光纖表面等離 子體共振傳感器都需要對(duì)光纖包層處理作為敏感單元，去包層時(shí)容易有包層殘留，限制了 傳感器靈敏度，多模-單模-多模（MSM)結(jié)構(gòu)的光纖表面等離子體共振傳感器利用泄露到 單模光纖包層里面的光進(jìn)行檢測(cè)，避免了對(duì)光纖包層的處理，但這種結(jié)構(gòu)的傳感器光損耗 達(dá)60%，弱信號(hào)檢測(cè)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有光纖表面等離子體共振傳感器存在的上述 不足，提供一種多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器及其檢測(cè)方法，將多模光纖 和單模光纖熔接，通過(guò)在單模光纖包層表面沉積納米薄膜，采用在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)和終端反 射式檢測(cè)兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)外界不同折射率物質(zhì)的檢測(cè)。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器，至少包括寬譜光源、多模光纖、鍍 膜敏感單元、光譜儀和計(jì)算機(jī)，寬譜光源的輸出端與光隔離器連接，光隔離器與光纖耦合器 或光環(huán)形器的A端口連接，光纖耦合器或光環(huán)形器的B端口經(jīng)多模光纖與鍍膜敏感單元連 接，光纖耦合器或光環(huán)形器的C端口經(jīng)光譜儀與計(jì)算機(jī)連接。
[0007] 按上述方案，當(dāng)光纖表面等離子體共振傳感器采用在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)時(shí)，寬譜光源 的輸出端直接經(jīng)多模光纖與鍍膜敏感單元連接，鍍膜敏感單元的輸出端經(jīng)光譜儀與計(jì)算機(jī) 連接。
[0008] 按上述方案，所述寬譜光源為白光光源，波長(zhǎng)在350~1600nm范圍內(nèi)連續(xù)變化，波 譜平滑穩(wěn)定無(wú)突變。
[0009] 按上述方案，所述光纖耦合器為一分二光纖耦合器（能實(shí)現(xiàn)一分二效果）。
[0010] 按上述方案，所述鍍膜敏感單元為一段沉積有納米薄膜的單模光纖，納米薄膜的 起點(diǎn)為多模光纖與單模光纖熔接處，所述單模光纖去除涂敷層后直接在包層上沉積納米薄 膜。
[0011] 按上述方案，所述納米薄膜包括金屬薄膜、氧化物調(diào)制薄膜、金屬納米粒子和濕 度、溫度、應(yīng)力敏感的功能材料薄膜及特異性功能薄膜。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種上述多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器的檢測(cè) 方法，通過(guò)泄漏到單模光纖包層的光與鍍膜敏感單元作用產(chǎn)生的表面等離子體共振效應(yīng)對(duì) 液體和氣體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方式分為在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)和終端反射式檢測(cè)：
[0013] 1)在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)，直接用光譜儀在單模光纖末端檢測(cè)輸出信號(hào)；
[0014] 2)終端反射式檢測(cè)，具體分為兩種處理方式：i) 一種是直接在單模光纖末端鍍反 射膜，在輸入端用光纖耦合器或光環(huán)形器對(duì)反射回來(lái)的光進(jìn)行檢測(cè)；ii)另一種是在單模 光纖末端連接一個(gè)微球，在微球上鍍反射膜，然后在輸入端用光纖耦合器或光環(huán)形器對(duì)反 射回來(lái)的光進(jìn)行檢測(cè)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明與傳統(tǒng)光纖表面等離子體共振傳感器相比較，采用多 模-單模（MS)結(jié)構(gòu)，有效避免了單模到多模光纖的二次損耗，同時(shí)該結(jié)構(gòu)充分利用了泄漏 到光纖包層的光，有效避免了對(duì)鍍膜敏感單元光纖包層的處理，避免了殘留包層對(duì)傳感器 性能的影響，提高了傳感器靈敏度，提高了傳感器的光傳輸效率，有效實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)檢測(cè)， 降低了傳感器制作難度，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器的在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)系 統(tǒng)圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器采用光纖耦合器的終 端反射式檢測(cè)系統(tǒng)圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器采用光環(huán)形器的終端 反射式檢測(cè)系統(tǒng)圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器原理圖；
[0020] 圖中，1 :寬譜光源；2 :光隔離器；3 :光纖耦合器；4 :光環(huán)形器；5 :多模光纖；6 :鍍 膜敏感單元；7 :光譜儀；8 :計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 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。
[0022] 如圖1~圖3所示，本發(fā)明所述的多模-單模結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器， 其中圖1為在線(xiàn)傳輸式檢測(cè)，由寬譜光源1、多模光纖5、鍍膜敏感單元6、光譜儀7和計(jì)算機(jī) 8組成，從寬譜光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)多模光纖5傳輸?shù)藉兡っ舾袉卧?,發(fā)生表面等離子體 共振效應(yīng)，出射的光由光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，在計(jì)算機(jī)上顯示。圖2和圖3為終端反射式檢測(cè)， 由寬譜光源1、隔離器2、光纖耦合器3或光環(huán)形器4、多模光纖5、鍍膜敏感單元6、光譜儀7 和計(jì)算機(jī)8組成。從寬譜光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光隔離器2,傳輸?shù)焦饫w耦合器3或光環(huán)形器 4的A端口，進(jìn)入多模光纖5傳輸?shù)藉兡っ舾袉卧?,發(fā)生表面等離子體共振效應(yīng)，在鍍膜敏 感單元6 (單模光纖）末端發(fā)生反射，反射光進(jìn)入光纖耦合器3或光環(huán)形器4的B端口，在 光纖耦合器3或光環(huán)形器4的C端口由光譜儀7進(jìn)行檢測(cè)，在計(jì)算機(jī)8上顯示。終端反射 式檢測(cè)，具體分為兩種處理方式：i) 一種是直接在單模光纖末端鍍反射膜，在輸入端用光 纖耦合器3或光環(huán)形器4對(duì)反射回來(lái)的光進(jìn)行檢測(cè)；ii)另一種是在單模光纖末端連接一 個(gè)微球，在微球上鍍反射膜，然后在輸入