一種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器的制造方法
【專利摘要】一種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，包括纖芯和包層，包層折射率低于纖芯；在光子晶體光纖的內(nèi)層空氣孔處，填充待測(cè)生物液體樣本，并在包層的兩個(gè)空氣孔中填充金線。仿真得出不同波長(zhǎng)下傳感器的纖芯有效折射率的虛部值，進(jìn)而計(jì)算傳輸損耗，通過(guò)損耗譜得到表面等離子體共振峰所處波長(zhǎng)及傳感器的靈敏度。待測(cè)生物液體樣本不同的折射率，傳輸損耗譜共振峰峰所處的波長(zhǎng)不同。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該傳感器將表面等離子共振技術(shù)與光子晶體光纖結(jié)合，并且得到了高達(dá)?1700nm/RIU的靈敏度；待測(cè)液體樣本的折射率范圍較寬為1.37～1.44；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，在傳感領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體光纖又稱微結(jié)構(gòu)光纖和多孔光纖，根據(jù)導(dǎo)光機(jī)制不同，可以將光子晶體光纖分為折射率引導(dǎo)型光纖和光子帶隙型光纖。
[0003]與傳統(tǒng)的光纖相比，光子晶體光纖具有如下優(yōu)點(diǎn):無(wú)限單模傳輸特性、高的雙折射特性、高非線性、低的有效模場(chǎng)面積、易于實(shí)現(xiàn)多芯傳輸以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。由于光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)對(duì)特性研究有很大的影響，因此可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)包層和纖芯的空氣孔，滿足現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用需求。
[0004]表面等離子體共振技術(shù)能夠激勵(lì)非常強(qiáng)的本地電磁振蕩，因此可以利用它實(shí)現(xiàn)高靈敏度的探測(cè)。
[0005]當(dāng)前，將光子晶體光纖與具有超高靈敏度探測(cè)能力的倏逝波傳感技術(shù)和表面等離子體共振傳感技術(shù)結(jié)合，被廣泛應(yīng)用于傳感探測(cè)領(lǐng)域。因?yàn)檫@類傳感器可以克服傳統(tǒng)光纖存在交叉敏感、耦合損耗大、保偏性不好等很難克服的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決目前已有的光纖傳感器存在交叉敏感、靈敏度低的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單并且易于制作的雙芯光子晶體光纖，該光子晶體光纖采用了六邊形包層并且引入了纖芯微結(jié)構(gòu)，具有比現(xiàn)有的光纖更高的靈敏度，實(shí)現(xiàn)_1700nm/RIU的靈敏度。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]—種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，包括纖芯和包層，包層折射率低于纖芯;纖芯具有直徑不同的空氣孔，在光子晶體光纖的內(nèi)層空氣孔處，填充待測(cè)生物液體樣本，并在包層的兩個(gè)空氣孔中填充金線，其中填充待測(cè)生物液體樣本的空氣孔直徑為d。，金線為dm，其余外層空氣孔直徑為d，空氣孔間隔Λ，其中
1:1:1.60
[0009]進(jìn)一步的，所述的纖芯為光纖的背景材料石英玻璃。
[0010]進(jìn)一步的，光子晶體光纖包層為正六邊形的空氣孔點(diǎn)陣排列。
[0011 ]進(jìn)一步的，填充待測(cè)生物液體的內(nèi)層空氣孔直徑為d。= 1.4μηι;金線的直徑dm= 1μm，其余外層的空氣孔直徑為d = lym，空氣孔間隔Λ=1.6μπι。
[0012]進(jìn)一步的，內(nèi)層空氣孔中填充的待測(cè)生物液體的折射率范圍為1.37?1.44，待測(cè)生物液體的折射率小于纖芯的折射率。
[0013]進(jìn)一步的，該生物傳感器的靈敏度為-1700nm/RIU。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0015]本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單并且易于制作的填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，通過(guò)引入纖芯微結(jié)構(gòu)，在實(shí)芯光子晶體光纖的包層空氣孔中填充待測(cè)液體。纖芯模與表面等尚子體激兀親合的共振波長(zhǎng)偏移可反映待測(cè)液體的折射率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)折射率的高靈敏、高精度傳感。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為該光子晶體光纖的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1.包層圓形空氣孔2.石英玻璃3.纖芯4.金線5.待測(cè)生物液體
[0018]圖2為液體折射率為1.4，纖芯模和等離子體模的有效折射率及傳輸損耗隨
[0019]波長(zhǎng)變化關(guān)系圖。圖中箭頭表示曲線所對(duì)應(yīng)的y軸。
[0020]圖3為表面等離子體共振波長(zhǎng)隨待測(cè)液體折射率變化關(guān)系圖。
[0021 ]圖4為傳感器的靈敏度隨待測(cè)液體折射率變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例:
[0023]參見(jiàn)附圖1，本發(fā)明填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，包括纖芯3和包層，包層折射率低于纖芯3;纖芯3為光纖的背景材料石英玻璃2。在光子晶體光纖的內(nèi)層空氣孔處，填充待測(cè)生物液體5，并在包層的兩個(gè)空氣孔中填充金線4。填充待測(cè)生物液體樣本的空氣孔直徑為d。，金線為dm，其余空氣孔直徑為d，空氣孔間隔Λ。仿真得出不同波長(zhǎng)下傳感器的纖芯有效折射率的虛部值，進(jìn)而計(jì)算傳輸損耗，通過(guò)損耗譜得到表面等離子體共振峰所處波長(zhǎng)及傳感器的靈敏度。待測(cè)生物液體樣本不同的折射率，傳輸損耗譜共振峰峰所處的波長(zhǎng)不同。
[0024]填充液體的空氣孔直徑為dc=l.4μηι;金線的直徑dm=lym，其余外層的包層圓形空氣孔I直徑為d = lym，空氣孔間隔Λ =1.6μηι。
[0025]所設(shè)計(jì)的填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，用于生物傳感。
[0026]圖2為液體折射率為1.4時(shí)，纖芯模和等離子體模的有效折射率及傳輸損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖，圖中表明:通過(guò)傳輸損耗譜得出纖芯模與等離子體模的耦合效率隨著波長(zhǎng)的改變而改變，在波長(zhǎng)為I.108μπι處，纖芯模和等離子體模的耦合最強(qiáng)，該波長(zhǎng)為共振波長(zhǎng);通過(guò)纖芯模和等1?子體模的有效折射率的圖像有交點(diǎn)，此處波長(zhǎng)為1.108μηι處，也說(shuō)明該波長(zhǎng)處纖芯模和等離子體模的耦合最強(qiáng)。
[0027]圖3為表面等離子體共振波長(zhǎng)隨待測(cè)液體折射率變化關(guān)系圖，圖中表明:待測(cè)液體的折射率不同，纖芯模與表面等離子體模耦合的共振波長(zhǎng)有所不同，并且隨著液體折射率的增加，共振波長(zhǎng)逐漸變小。
[0028]圖4為傳感器的靈敏度隨待測(cè)液體折射率變化關(guān)系圖，圖中表明:隨著待測(cè)液體的折射率改變，靈敏度也隨之變化，通過(guò)仿真結(jié)果，計(jì)算得出最高達(dá)-1700nm/RIU的靈敏度。
[0029]應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見(jiàn)的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:包括纖芯和包層，包層折射率低于纖芯;纖芯具有直徑不同的空氣孔，在光子晶體光纖的內(nèi)層空氣孔處，填充待測(cè)生物液體樣本，并在包層的兩個(gè)空氣孔中填充金線，其中填充待測(cè)生物液體樣本的空氣孔直徑為d。，金線為dm，其余外層空氣孔直徑為d，空氣孔間隔Λ，其中Λ =1.4:1:1:1.602.根據(jù)權(quán)利要求1所述填充金線的光子晶體光纖的表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:所述的纖芯為光纖的背景材料石英玻璃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述填充金線的光子晶體光纖的表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:光子晶體光纖包層為正六邊形的空氣孔點(diǎn)陣排列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述填充金線的光子晶體光纖的表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:填充待測(cè)生物液體的內(nèi)層空氣孔直徑為d。= 1.4μηι;金線的直徑dm= Ιμπι，其余外層的空氣孔直徑為d = Uim，空氣孔間隔Λ=1.6μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:內(nèi)層空氣孔中填充的待測(cè)生物液體的折射率范圍為1.37?1.44，待測(cè)生物液體的折射率小于纖芯的折射率。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述填充金線的光子晶體光纖表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:該生物傳感器的靈敏度為-1700nm/RIU。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK105974515SQ201610523175
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】白育堃, 馬穎
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)