本發(fā)明涉及光學傳感器技術領域，具體涉及一種螺旋式光微流傳感器。

背景技術：

光微流技術是將微流技術與光子學通過學科交叉與融合而產(chǎn)生的新型技術，是未來實現(xiàn)集成化、緊湊型的新型光源、可調(diào)諧光子器件及無標記型生化傳感器的重要途徑。光微流傳感器的設計思想是，在設計光學傳感結(jié)構時，考慮如何架構微流的進出通道，將光學結(jié)構與微流通道集成以構成光信號與微流相互作用的平臺，并實現(xiàn)對微流生化成分變化的測量。光微流傳感器結(jié)合了微流通道結(jié)構尺寸小、樣品消耗量低、分析通量高等優(yōu)點和光學檢測手段的靈敏度高、響應速度快、靈活性高、功耗低等這兩方面優(yōu)勢，在化學、生物、醫(yī)學等方面的應用具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前，實現(xiàn)光微流傳感器的方式很多。利用光纖布拉格光柵對形成的F-P腔結(jié)構，在基底上構成與光纖導光方向垂直的微流通道，對流經(jīng)F-P腔的液體進行實時監(jiān)測。這種結(jié)構原理簡單，制作相對容易，但由于受到空間穩(wěn)定性的制約，其測量精度僅為2×10^-3。光子晶體光纖內(nèi)部多個空氣孔為液體提供了天然的微流通道。將液體引入光纖內(nèi)，通過對帶隙漂移的測量，可實現(xiàn)極高靈敏度的折射率感測。多個微流通道流速的不均勻性可能引起測量誤差，選擇性填充，選取單一空氣孔作為微流通道，避免了這一問題，但選擇性填充難度較高，不易于操作。利用光纖的長度優(yōu)勢，可充分提升光與待測液體的相互作用強度，而最大不利因素是，光信號的路徑與微流通道互相重合，難以兼顧光信號的低損耗與液體用量的低消耗。環(huán)形微流通道本身就是一個環(huán)形諧振腔，還有微環(huán)的三維拓展結(jié)構微管與微納光纖組成的諧振腔，它們采用與微流流動方向垂直的微納光纖，利用瞬逝場作用進行環(huán)形腔的激發(fā)。通過對透射譜中諧振峰漂移的觀測，實現(xiàn)了微流通道中液體折射率的測量。然而，這種方案靈敏度有待進一步提升，且諧振激發(fā)效率取決于微納光纖與微流通道之間的距離，其空間穩(wěn)定性對傳感用光信號具有較大影響。

以上各種光微流控傳感器的實現(xiàn)方法都存在不同的優(yōu)缺點，為了改善光微流傳感器的監(jiān)測能力，將其更進一步推向?qū)嵱没?，需要在原理和實現(xiàn)機制上進行改進和再設計。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中的上述缺陷，提供一種螺旋式光微流傳感器，利用瞬逝場的周期性作用激發(fā)出微納光纖與同向微流波導之間的諧振耦合，獲得超高靈敏度、溫度穩(wěn)定性和結(jié)構緊湊性好的傳感器。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種螺旋式光微流傳感器，所述螺旋式光微流傳感器包括微納光纖和微納石英毛細管，

其中，所述微納石英毛細管包括第一石英毛細管端區(qū)1、第二石英毛細管端區(qū)5、第一微納石英毛細管錐區(qū)2、第二微納石英毛細管錐區(qū)4和微納石英毛細管均勻區(qū)3，所述第一微納石英毛細管錐區(qū)2和所述第二微納石英毛細管錐區(qū)4分別位于所述微納石英毛細管均勻區(qū)3的兩端，所述第一石英毛細管端區(qū)1位于所述第一微納石英毛細管錐區(qū)2的外端，所述第二石英毛細管端區(qū)5位于所述第二微納石英毛細管錐區(qū)4的外端；

其中，所述微納光纖包括第一光纖端區(qū)6、第二光纖端區(qū)10、第一微納光纖錐區(qū)7、第二微納光纖錐區(qū)9和微納光纖均勻區(qū)8，所述第一微納光纖錐區(qū)7和所述第二微納光纖錐區(qū)9分別位于所述微納光纖均勻區(qū)8的兩端，所述第一光纖端區(qū)6位于所述第一微納光纖錐區(qū)7的外端，所述第二光纖端區(qū)10位于所述第二微納光纖錐區(qū)9的外端；

所述微納光纖均勻區(qū)8均勻纏繞在所述微納石英毛細管均勻區(qū)3上形成螺旋式的周期性結(jié)構，所述微納光纖的其余各區(qū)與所述微納石英毛細管的其余各區(qū)處處保持平行的相對位置關系。

進一步地，所述第一石英毛細管端區(qū)1和所述第二石英毛細管端區(qū)5分別用于微流體的導入和導出，經(jīng)所述第一微納石英毛細管錐區(qū)2、所述第二微納石英毛細管錐區(qū)4和所述微納石英毛細管均勻區(qū)3組成的微流通道形成完整的微流通道系統(tǒng)。

進一步地，所述第一光纖端區(qū)6和所述第二光纖端區(qū)10分別用于光信號的輸入或者輸出，經(jīng)所述第一微納光纖錐區(qū)7和所述第二微納光纖錐區(qū)9與螺旋狀的所述微納光纖均勻區(qū)8組成的光通路形成完整的光信號通路系統(tǒng)。

進一步地，當所述第一光纖端區(qū)6與外部光源相連用于光信號的輸入時，所述第二光纖端區(qū)10與光信號檢測設備相連，用于輸出信號的監(jiān)測；當所述第二光纖端區(qū)10與外部光源相連用于光信號的輸入時，所述第一光纖端區(qū)6與光信號檢測設備相連，用于輸出信號的監(jiān)測。

進一步地，所述光信號檢測設備包括光譜儀或者光電檢測器。

進一步地，當所述第一石英毛細管端區(qū)1與進樣器或者蠕動泵相連用于樣品的進入時，所述第二石英毛細管端區(qū)5用于排出毛細管內(nèi)剩余的樣品；當所述第二石英毛細管端區(qū)5與進樣器或者蠕動泵相連用于樣品的進入時，所述第一石英毛細管端區(qū)1用于排出毛細管內(nèi)剩余的樣品。

進一步地，所述微納石英毛細管與內(nèi)部的微流體形成一個波導結(jié)構，并與螺旋狀的所述微納光纖相靠產(chǎn)生較強的瞬逝場作用，當微流成分發(fā)生改變時，微流波導的有效折射率發(fā)生變化，引起諧振波長產(chǎn)生漂移，通過對諧振波長的監(jiān)測實現(xiàn)對微流成分變化的感測。

進一步地，所述微納光纖和所述微納石英毛細管分別由光纖與石英毛細管去除涂覆層以后熔融拉錐形成。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明公開的一種螺旋式光微流傳感器，專用于微流體的傳感測量，具有靈敏度高、溫度穩(wěn)定性和空間穩(wěn)定性好，結(jié)構緊湊的優(yōu)點，可用于各種生物、醫(yī)學、化學等參量的傳感測量，成本低廉、操作方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明公開的一種螺旋式光微流傳感器的結(jié)構示意圖；

其中，1---第一石英毛細管端區(qū)，2---第一微納石英毛細管錐區(qū)，3---微納石英毛細管均勻區(qū)，4---第二微納石英毛細管錐區(qū)，5---第二石英毛細管端區(qū)，6---第一光纖端區(qū)，7---第一微納光纖錐區(qū)，8---微納光纖均勻區(qū)，9---第二微納光纖錐區(qū)，10---第二光纖端區(qū)。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

圖1是本發(fā)明公開的一種螺旋式光微流傳感器的結(jié)構示意圖，如圖1所示，一種螺旋式光微流傳感器，由光纖與石英毛細管分別去除涂覆層以后熔融拉錐，形成具有一定尺寸的微納光纖和微納石英毛細管，將微納光纖纏繞在微納石英毛細管，形成的周期性結(jié)構。

微納石英毛細管的結(jié)構包括第一石英毛細管端區(qū)1、第二石英毛細管端區(qū)5、第一微納石英毛細管錐區(qū)2、第二微納石英毛細管錐區(qū)4和微納石英毛細管均勻區(qū)3，

微納光纖的結(jié)構包括第一光纖端區(qū)6、第二光纖端區(qū)10、第一微納光纖錐區(qū)7、第二微納光纖錐區(qū)9和微納光纖均勻區(qū)8，微納光纖均勻區(qū)8纏繞在微納石英毛細管均勻區(qū)3形成螺旋式的周期性結(jié)構，微納光纖其余各區(qū)(第一光纖端區(qū)6、第二光纖端區(qū)10、第一微納光纖錐區(qū)7、第二微納光纖錐區(qū)9)與微納石英毛細管其余各區(qū)(第一石英毛細管端區(qū)1、第二石英毛細管端區(qū)5、第一微納石英毛細管錐區(qū)2、第二微納石英毛細管錐區(qū)4)處處保持平行的相對位置關系，這樣便形成了螺旋式光微流傳感器。

微納石英毛細管與內(nèi)部的微流體形成一個波導結(jié)構，與螺旋狀的微納光纖相靠，結(jié)構緊密，產(chǎn)生較強的瞬逝場作用，在諧振波長處，螺旋狀的微納光纖中的光會被耦合到微流通道當中，在透射譜中形成損耗峰，由于螺旋狀的微納光纖的周期性結(jié)構，在特定波長處會得到顯著增強，當微流成分發(fā)生改變時，微流波導的有效折射率發(fā)生變化，引起諧振波長產(chǎn)生漂移，通過對諧振波長的監(jiān)測實現(xiàn)對微流成分變化的感測。

其中，第一光纖端區(qū)6和第二光纖端區(qū)10分別用于光信號的輸入或者輸出，經(jīng)第一微納光纖錐區(qū)7和第二微納光纖錐區(qū)9與螺旋狀的微納光纖均勻區(qū)8組成的光通路形成完整的光信號通路系統(tǒng)。

具體應用中，將第一光纖端區(qū)6或第二光纖端區(qū)10與外部光源相連用于光信號的輸入，另一第二光纖端區(qū)10或者第一光纖端區(qū)6與光譜儀或者光電檢測器等光信號檢測設備相連，用于輸出信號的監(jiān)測，形成完整的光信號通路系統(tǒng)。

其中，第一石英毛細管端區(qū)1和第二石英毛細管端區(qū)5分別用于微流體的導入和導出，經(jīng)第一微納石英毛細管錐區(qū)2、第二微納石英毛細管錐區(qū)4和微納石英毛細管均勻區(qū)3組成的微流通道形成完整的微流通道系統(tǒng)。

具體應用中，將第一石英毛細管端區(qū)1或第二石英毛細管端區(qū)5與進樣器或者蠕動泵相連，用于樣品的進入，另一第二石英毛細管端區(qū)5或者第一石英毛細管端區(qū)1用于排出毛細管內(nèi)剩余的樣品，形成獨立完整的微流通道系統(tǒng)。

綜上所述，本實施例公開了一種螺旋式光微流傳感器，專用于微流體的傳感測量，該傳感器利用瞬逝場的周期性作用激發(fā)出微納光纖與同向微流波導之間的諧振耦合，獲得超高靈敏度、極好的溫度穩(wěn)定性和結(jié)構緊湊性，可用于各種生物、醫(yī)學、化學等參量的傳感測量，成本低廉、操作方便。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。