一种双芯光子晶体光纤SRP折射率传感模型

摘要

本发明公开了一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型，其横截面为圆形，包括基底1、纤芯和包层空气孔2，纤芯周围为包层空气孔，所述的纤芯设置为右侧纤芯3和左侧纤芯4；所述的右侧纤芯3为实心基底材料；所述的左侧纤芯4包括银膜5、检测孔6；其优点是，采用双芯和椭圆检测孔SPR折射率传感结构，在一定折射率范围内过滤高阶SPP模式，确定传感共振波峰不需要模式辨别，可以达到高线性和高灵敏度传感，对于折射率动态变化的溶液可实时监测，大大提高传感效率。

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体光纤传感领域，尤其是涉及到光纤SPR传感技术，具

体说是一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型。

背景技术

表面等离子体共振（SPR）行为是一种物理光学现象，表述了金属或者参杂半导体中表面等离子体（SPP）的共振现象，具有对附着在金属表面电介质的折射率变化非常敏感的特性，具有实时和快速检测、无须标记、耗样量少等特点，因此在化学、生物、环境及医药等领域具有非常广阔的应用前景，成为近年来研究光学探测传感技术新领域。

光纤SPR传感领域随着光子晶体光纤（PCF）的出现，其优良特性如无截止单模特性、高双折射、可控色散、高非线性、结构设计灵活可控等，受到了研究人员的广泛关注，在SPR传感领展现出了巨大的潜在应用价值。

国家专利局于2012年7月以公开号为CN102590148A公开了“一种易于实现相位匹配的光子晶体光纤SPR传感模型”的发明专利申请。该发明专利申请采用纤芯包层结构，材料为石英玻璃，纤芯中心设有纤芯空气孔，包层中设有六个呈正六边形排列的包层空气孔，其中两个位置中心对称的包层空气孔内表面镀有金膜的内部结构模地，较好地解决了传统光纤中纤芯与SPP模式相位匹配问题。但是，在实际运用中，该光子晶体光纤基础纤芯模式与高阶SPP模式耦合会引起多个共振峰，由于高阶SPP模式的干扰，在实际测量中需要先进行模式辨别，找出所需测量共振峰再得出折射率，对于介质折射率变化的传感，这不仅使的传感过程较复杂还降低了传感效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对上述现有技术存在的不足或缺陷，提供一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型。该模型采用双芯和椭圆检测孔结构，有效地解决了高阶SPP模式对测量共振峰的影响，并且具有高线性传感和高灵敏度的特性。

本发明的技术解决方案是：

一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型，其横截面为圆形，包括基底、纤芯和包层空气孔，纤芯周围为包层空气孔，其特征在于，所述的纤芯设置为右侧纤芯和左侧纤芯；所述的右侧纤芯为实心基底材料；所述的左侧纤芯包括银膜、检测孔。

基底和右侧纤芯的材料为二氧化硅，其折射率为1.45。

包层空气孔以正六边形周期排列，包层空气孔相邻间距为2um，包层空气孔直径为1um。

检测孔为椭圆形，检测孔长轴为1.6um，短轴尺寸为1.18um，检测孔用于放置待测溶液。

所述银膜厚度为40nm。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明的优点是：采用双芯和椭圆检测孔SPR折射率传感结构，在一定折射率范围内过滤高阶SPP模式，确定传感共振波峰不需要模式辨别，可以达到高线性和高灵敏度传感，对于折射率动态变化的溶液可实时监测，大大提高传感效率。

附图说明

图1是本发明一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型内部结构示意图；

图2是本发明一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型传感特性曲线；

图3是待测溶液折射率为1.45时在900nm-1800nm波段出现的各SPP模式与右侧纤芯模式色散曲线；

图4是待测溶液折射率为1.50时在900nm-1800nm波段出现的各SPP模式与右侧纤芯模式色散曲线；

图中：1.基底，2.包层空气孔，3.右侧纤芯，4.左侧纤芯，5.银膜，6.检测孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型，其横截面为圆形，包括基底1、纤芯和包层空气孔2，纤芯周围为包层空气孔2，其特征在于，所述的纤芯设置为右侧纤芯3和左侧纤芯4；所述的右侧纤芯3为实心基底材料；所述的左侧纤芯4包括银膜5、检测孔6。

所述基底1和右侧纤芯3的材料为二氧化硅，其折射率为1.45。

所述包层空气孔2以正六边形周期排列，相邻间距为2um，包层空气孔2直径为1um。

所述检测孔6为椭圆形，检测孔6长轴为1.6um，短轴尺寸为1.18um，检测孔6用于放置待测溶液。

所述银膜5厚度为40nm。

本发明采用的双芯和椭圆侧芯的光子晶体光纤的SPR折射率传感模型，利用右侧纤芯3基膜与左侧纤芯4中的SPP模式耦合，在相位匹配条件下达到共振耦合，局域在右侧纤芯3的光被左侧纤芯4中的银膜5大量吸收，传输损耗达到峰值。利用共振波长对金属表面介质折射率变化非常敏感这一特性实现对介质折射率的检测。传感特性曲线如图2所示，在待测孔6中溶液折射率为1.45-1.50范围内，具有超高线性特性，灵敏度达到10412nm/RIU。

检测孔6为椭圆形能有效过滤高阶SPP模式，如图3和图4所示，分别代表了900nm-1800nm波段内，待测孔6中溶液折射率为1.45和1.5时出现的所有左侧纤芯4中SPP模式以及和右侧纤芯3基膜色散曲线，当SPP模式与基膜色散相同时为相位匹配点，结合图3与图4可得出在1112.37nm-1376.35nm波段以及1387.4nm-1633.75nm波段内只存在所需要测量的SPP1模式。所对应折射率范围为1.45-1.472和1.474-1.5，在该折射率范围内进行SPR传感时无需进行模式分辨，可以有效的简化传感步骤。

本发明的一种双芯光子晶体光纤ＳＰＲ折射率传感模型，采用金属银作为激发表面等离子体金属，灵敏度可达到10412nm/RIU，在1.45-1.50折射率范围内具有超高线性特性，检测孔为椭圆形状在一定折射率范围内实现无需模式辨别直接测量共振峰得到对于折射率，大大简化了传感步骤，增加传感效率。所得到的这一特性对未来光子晶体光纤传感领域具有良好的应用价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。