基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型發(fā)明提供了一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于被包被的金屬片，會在金屬片的兩側(cè)表面分別激發(fā)表面等離子體(SPP)，當金屬的厚度很小的時候，這兩個表面波在金屬中相互耦合，縱向電場為反對稱分布的模式，在金屬中場強所占的分量較少，電磁能量主要集中在兩邊的介質(zhì)中，由金屬所引起的損耗相對較少，這一技術(shù)被廣泛地用于無標記生物傳感器.
[0003]長程表面等離子體激元(LRSPP)在光纖內(nèi)部的激發(fā)相對于單一的金屬一一電介質(zhì)邊界短距離的表面等離子體(SRSPP)，損耗更小，靈敏度更高，因為大部分的波能量被位于金屬外層的漸逝波保存。當金屬層非常薄且周圍介質(zhì)折射率是相同時，長程表面等離子體激元的特性能被充分利用。
[0004]傾斜光纖光柵(TFBGs)作為短周期光柵，其特征是通過細微調(diào)節(jié)折射率角度使其與光纖傳播軸垂直，光芯和包層表現(xiàn)出梳狀透過率的布拉格共振和幾十個包層模諧振。這些獨特的光譜特征，揭示了光纖支持所有模式的行為。表面等離子體與納米厚的鍍金與傾斜光纖光柵結(jié)合，開辟了折射率傳感和免疫傳感的高分辨率的道路.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型發(fā)明的目的在于提供一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置。本實用新型發(fā)明具有高精度，高分辨率，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，敏感度高，可以應(yīng)用于各類測量環(huán)境折射率變化的各種實際工程中。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]本實用新型發(fā)明提供了一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于:由光纖纖芯⑴、光纖包層⑵、透明氟樹脂⑶、納米金層⑷和傾斜光纖光柵(5)組成；傾斜光纖光柵(5)刻寫在光纖纖芯(I)上，光纖纖芯(I)外包覆光纖包層(2)，光纖包層(2)外包覆透明氟樹脂(3)，透明氟樹脂(3)外包覆納米金層(4)，整個裝置呈圓柱對稱。透明氟樹脂(3)厚度范圍為3-10微米，納米金層(4)厚度范圍為10-100納米，傾斜光纖光柵(5)的傾斜角度為2-10度，傾斜光纖光柵(5)的光柵周期為400-600納米，傾斜光纖光柵(5)的柵區(qū)長度為2-20毫米，傾斜光纖光柵(5)的布拉格波長為1570-1610納米。
[0008]本實用新型發(fā)明具有高精度，可重復(fù)性，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，安全性能好，高敏感度和分辨度，能夠靈敏測出折射率的變化。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:
[0010]傾斜光纖光柵首先涂布了 3-10微米厚的透明氟樹脂(Cytop)(透明氟樹脂在波長為1.55微米處折射率接近1.3335)，然后通過一個10-100納米厚的鍍金層，如圖1所示。
[0011]涂覆后的傾斜光纖光柵放入水和氯化鋰的混合物中，其濃度根據(jù)透明氟樹脂的相對折射率嚴格控制，即在波長1.55微米處接近1.3335RIU。圖3所示涂覆后的傾斜光纖光柵的P偏振光和S偏振光浸入折射率接近1.3335RIU的溶液中的波長范圍從1525納米至1560納米的透射光譜。
[0012]作為鍍金傾斜光纖光柵，S偏振無法耦合到金層和相應(yīng)的發(fā)射光譜中，因此沒有影響。但P偏振的情況并非如此，圖3中清楚地顯示圍繞1545納米的表面等離子激元的信號。對于鍍金傾斜光纖光柵支持單接口的表面等離子體，對比上包絡(luò)線，P偏振在1535納米至1542納米處顯示一倍諧振波長。這是長程表面等離子體激元(在約1545納米)，短程表面等離子體激元(約1540納米)兩個截然不同的光譜特征。
[0013]準備稀釋液，在透明氟樹脂層指數(shù)附近，不同的折射率環(huán)境，能夠觀察在傳感中的不同特性。當稀釋液接近1.3335RIU時，長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元模式都紅移，并且長程表面等離子體激元靈敏度(115納米/RIU)比短程表面等離子體激元的靈敏度(68納米/RIU)高40%。當折射率為1.35左右時，長程表面等離子體激元是紅移而短程表面等離子體激元藍移，如圖3所示。在折射率接近1.31RIU時，能觀測到相反的特性。對于這些情況，紅移可達到約200納米/RIU而藍移保持為約100納米/RIU的量級。當有效折射率超出了他們的臨界值時，我們觀測到藍移模式。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型發(fā)明的基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置示意圖；
[0015]圖2是本實用新型發(fā)明的基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置橫截面示意圖；
[0016]圖3是涂覆后的傾斜光纖布拉格光柵的S和P偏振光模式插入損耗光譜示意圖；
[0017]圖4是周圍環(huán)境折射率在1.3190RIU至1.3196RIU范圍內(nèi)長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元波長偏移量示意圖；
[0018]圖5是周圍環(huán)境折射率在1.3336RIU至1.3340RIU范圍內(nèi)長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元波長偏移量示意圖；
[0019]圖6是周圍環(huán)境折射率在1.3434RIU至1.3444RIU范圍內(nèi)長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元波長偏移量示意圖；
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步描述:
[0021]參見附圖1，一種基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于:由光纖纖芯(I)、光纖包層(2)、透明氟樹脂(3)、納米金層(4)和傾斜光纖光柵(5)組成；傾斜光纖光柵(5)刻寫在光纖纖芯(I)上，光纖纖芯(I)外包覆光纖包層(2)，光纖包層(2)外包覆透明氟樹脂(3)，透明氟樹脂(3)外包覆納米金層(4)，整個裝置呈圓柱對稱。透明氟樹脂(3)厚度范圍為3-10微米，納米金層(4)厚度范圍為10-100納米，傾斜光纖光柵(5)的傾斜角度為2-10度，傾斜光纖光柵(5)的光柵周期為400-600納米，傾斜光纖光柵(5)的柵區(qū)長度為2-20毫米，傾斜光纖光柵(5)的布拉格波長為1570-1610納米。
[0022]如圖2所示，基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置橫截面示意圖。
[0023]如圖3所示，長程表面等離子體激元(約1545納米)，短程表面等離子體激元(約1540納米)兩個截然不同的光譜特征。
[0024]如圖4所示，當周圍環(huán)境折射率在1.3190RIU至1.3196RIU范圍內(nèi)時，短程表面等離子體激元的波長偏移量增加超過500納米/RIU，而長程表面等離子體激元的波長偏移量不靈敏。
[0025]如圖5所示，當周圍環(huán)境折射率大約為1.3336RIU時，長程表面等離子體激元和短程表面等離子體激元都紅移，靈敏度可分別達到220納米/RIU和315納米/RIU。
[0026]如圖6所示，當周圍環(huán)境折射率在1.3434RIU至1.3444RIU范圍內(nèi)時，長程表面等離子體激元的波長偏移量達到511納米/RIU，而短程表面等離子體激元的波長偏移量不靈敏，說明長程表面等離子體激元對高折射率有高靈敏度。
【主權(quán)項】
1.基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于:由光纖纖芯(1)、光纖包層(2)、透明氟樹脂(3)、納米金層(4)和傾斜光纖光柵(5)組成；傾斜光纖光柵(5)刻寫在光纖纖芯⑴上，光纖纖芯⑴外包覆光纖包層(2)，光纖包層⑵外包覆透明氟樹脂(3)，透明氟樹脂(3)外包覆納米金層(4)，整個裝置呈圓柱對稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于:透明氟樹脂(3)厚度范圍為3-10微米，納米金層(4)厚度范圍為10-100納米，傾斜光纖光柵(5)的傾斜角度為2-10度，傾斜光纖光柵(5)的光柵周期為400-600納米，傾斜光纖光柵(5)的柵區(qū)長度為2-20毫米，傾斜光纖光柵(5)的布拉格波長為1570-1610納米。
【專利摘要】基于傾斜光纖光柵的長程表面等離子共振裝置，其特征在于：由光纖纖芯(1)、光纖包層(2)、透明氟樹脂(3)、納米金層(4)和傾斜光纖光柵(5)組成；傾斜光纖光柵(5)刻寫在光纖纖芯(1)上，光纖纖芯(1)外包覆光纖包層(2)，光纖包層(2)外包覆透明氟樹脂(3)，透明氟樹脂(3)外包覆納米金層(4)，整個裝置呈圓柱對稱。透明氟樹脂厚度范圍為3-10微米，納米金層厚度范圍為10-100納米，傾斜光纖光柵的傾斜角度為2-10度，傾斜光纖光柵的光柵周期為400-600納米，傾斜光纖光柵的柵區(qū)長度為2-20毫米，傾斜光纖光柵的布拉格波長為1570-1610納米。本實用新型發(fā)明具有高精度，高分辨度，易于操作，敏感度高，可以應(yīng)用于測量環(huán)境折射率變化的實際工程中。
【IPC分類】G01N21-01, G01N21-41
【公開號】CN204389373
【申請?zhí)枴緾N201420812105
【發(fā)明人】白蕓, 沈常宇
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月19日