基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置制造方法
【专利摘要】基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于：由光纤纤芯(1)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(1)上，光纤纤芯(1)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。本发明具有高精度，高分辨度，结构简单，易于操作，敏感度高，可以应用各类测量环境折射率变化的各种实际工程中。
【专利说明】基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，属于光纤传感【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对于被包被的金属片，会在金属片的两侧表面分别激发表面等离子体(SPP)，当金属的厚度很小的时候，这两个表面波在金属中相互耦合，纵向电场为反对称分布的模式，在金属中场强所占的分量较少，电磁能量主要集中在两边的介质中，由金属所引起的损耗相对较少，这一技术被广泛地用于无标记生物传感器.
[0003]长程表面等离子体激元(LRSPP)在光纤内部的激发相对于单一的金属一一电介质边界短距离的表面等离子体(SRSPP)，损耗更�。槊舳雀撸蛭蟛糠值牟芰勘晃挥诮鹗敉獠愕慕ナ挪ū４妗５苯鹗舨惴浅１∏抑芪Ы橹收凵渎适窍嗤保こ瘫砻娴壤胱犹寮ぴ奶匦阅鼙怀浞掷�。
[0004]倾斜光纤光栅(TFBGs)作为短周期光栅，其特征是通过细微调节折射率角度使其与光纤传播轴垂直，光芯和包层表现出梳状透过率的布拉格共振和几十个包层模谐振。这些独特的光谱特征，揭示了光纤支持所有模式的行为。表面等离子体与纳米厚的镀金与倾斜光纤光栅结合，开辟了折射率传感和免疫传感的高分辨率的道路.
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置。本发明具有高精度，高分辨率，结构简单，易于操作，敏感度高，可以应用于各类测量环境折射率变化的各种实际工程中。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
[0007]本发明提供了一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于:由光纤纤芯(I)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(I)上，光纤纤芯(I)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
[0008]本发明具有高精度，可重复性，结构简单，易于操作，安全性能好，高敏感度和分辨度，能够灵敏测出折射率的变化。
[0009]本发明的工作原理是:
[0010]倾斜光纤光栅首先涂布了 3-10微米厚的透明氟树脂(Cytop)(透明氟树脂在波长为1.55微米处折射率接近1.3335)，然后通过一个10-100纳米厚的镀金层，如图1所示。
[0011]涂覆后的倾斜光纤光栅放入水和氯化锂的混合物中，其浓度根据透明氟树脂的相对折射率严格控制，即在波长1.55微米处接近1.3335。图3所示涂覆后的倾斜光纤光栅的P偏振光和S偏振光浸入折射率接近1.3335的溶液中的波长范围从1525至1560纳米的透射光谱。
[0012]作为镀金倾斜光纤光栅，S偏振无法耦合到金层和相应的发射光谱中，因此没有影响。但P偏振的情况并非如此，图3中清楚地显示围绕1545纳米的表面等离子激元的信号，对比P偏振的上包络线，P偏振在1535至1542纳米处显示谐振，这是长程表面等离子体激元，这与短程表面等离子体激元的光谱特征不同。
[0013]如图4所示，针对不同的折射率环境，当外界环镜折射率为1.3335时，长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元都红移，长程表面等离子体激元灵敏度为315纳米/RIU,短程表面等离子体激元的灵敏度为220纳米/RIU ;当折射率为1.35左右时，长程表面等离子体激元灵敏度为511纳米/RIU，而短程表面等离子体激元灵敏度为10纳米/RIU ;在折射率接近1.31时，能观测到相反的特性。可见，当折射率高时，长程表面等离子体激元的灵敏度比短程表面等离子体激元灵敏度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置示意图；
[0015]图2是本发明的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置横截面示意图；
[0016]图3是涂覆后的倾斜光纤布拉格光栅的S和P偏振光模式插入损耗光谱示意图；
[0017]图4是不同折射率下长程表面等离子激元和短程表面等离子激元波长偏移示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述:
[0019]参见附图1，一种基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于:由光纤纤芯(I)、光纤包层(2)、透明氟树脂(3)、纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯(I)上，光纤纤芯(I)外包覆光纤包层(2)，光纤包层(2)外包覆透明氟树脂(3)，透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4)，整个装置呈圆柱对称。透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
[0020]图2所示为基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置横截面示意图；
[0021]图3所示为涂覆后的倾斜光纤布拉格光栅的S和P偏振光模式插入损耗光谱示意图；
[0022]图4所示长程表面等离子体激元和短程表面等离子体激元模式随着外界折射率变化的漂移情况，当环境折射率为1.3335时，二者都红移，当折射率为1.35左右时，长程表面等离子体激元是红移而短程表面等离子体激元蓝移，长程表面等离子体共振谐振波长的红移可达到约500纳米/RIU，而短程表面等离子体共振的蓝移只有约10纳米/RIU的量级。
【权利要求】
1.基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于:由光纤纤芯光纤包层(2^透明氟树脂(3^纳米金层(4)和倾斜光纤光栅(5)组成；倾斜光纤光栅(5)刻写在光纤纤芯⑴上，光纤纤芯⑴外包覆光纤包层(2),光纤包层⑵外包覆透明氟树脂(3),透明氟树脂(3)外包覆纳米金层(4),整个装置呈圆柱对称。
2.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置，其特征在于:透明氟树脂(3)厚度范围为3-10微米，纳米金层(4)厚度范围为10-100纳米，倾斜光纤光栅(5)的倾斜角度为2-10度，倾斜光纤光栅(5)的光栅周期为400-600纳米，倾斜光纤光栅(5)的栅区长度为2-20毫米，倾斜光纤光栅(5)的布拉格波长为1570-1610纳米。
【文档编号】G01N21/41GK104502279SQ201410795798
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】白芸, 沈常宇 申请人:中国计量学院
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