專利名稱：一種h形微納米光纖表面等離激元傳感器及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，具體涉及一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細、質(zhì)軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人達不到的地方，或者對人有害的地區(qū)，起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)，如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。基于表面等離激元光纖傳感器是最近出現(xiàn)的新型傳感器，設計表面等離激元激發(fā)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生表面等離激元的激發(fā)，因其對外部折射率的變化非常敏感，因此在生物化學方面的傳感得到了高度的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器及其制備方法，將普通單模光纖研磨成H形，提供一種光纖中光波的偏振狀態(tài)， 并在H形側(cè)面鍍金屬薄膜，成為表面等離激元激發(fā)結(jié)構(gòu)，是一種緊湊、簡易的光纖傳感器。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的不足，所采用的技術(shù)方案是一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器，所述傳感器包括玻璃套管和封裝在玻璃套管內(nèi)的H形微納米光纖， 所述H形微納米光纖由單模光纖加工而成，在光纖的圓周面上，沿垂直于光纖軸向的方向?qū)ΨQ設有兩個凹槽，構(gòu)成上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，并且在上、下兩個凹槽的槽底均鍍有金屬薄膜。所述金屬薄膜為金、銀、鋁或鉬金屬薄膜。一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器的制備方法，包括如下步驟
(1)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;
其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按質(zhì)量比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10 ；
(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上， 使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用磁控濺射的方法沉積金屬薄膜，其中金屬薄膜厚度為30 IOOnm ；
(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。所述步驟(I)中使用到的氫氟酸的濃度為40%。所述步驟(3)中的金屬薄膜為金、銀、鋁或鉬金屬薄膜。本發(fā)明的有益效果是
1、H形微納光纖具有很好的偏振效應，激發(fā)的表面等離激元能形成偏振干涉，能極大的增加現(xiàn)有的光纖表面等離激元響應傳感器的靈敏度。2、靈敏度高，響應速度快，感應區(qū)域小，采用窄線寬光源，檢測距離遠。3、本發(fā)明的傳感器由單模光纖加工而成，制作成本較低，便于推廣使用。4、本發(fā)明使用的單模光纖，直徑很小，可以用在很小容積的情況下，且能適應于較復雜的工作環(huán)境里，應用廣泛。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明在應用中的的示例光譜。圖中標記1、纖芯，2、包層,3、金屬薄膜,4、玻璃套管。
具體實施例方式以下是本發(fā)明的具體實施例
實施例I
(I)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;
其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按體積比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10 ;其中氫氟酸的濃度為40%。(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上，使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;
(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用采用SJT 31273-1994 EVP-13480型磁控濺射機，直流濺射，電流設置為I. 5A，真空度為10_6托，時間為I. 5—4分鐘，沉積Au金屬薄膜，其中Au金屬薄膜厚度為30nm ；
(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。
本發(fā)明的H形微納米光纖表面等離激元傳感器，當光波通過H形微納光纖傳播時， 在研磨掉的位置，光波會形成消逝場，在沒研磨的位置，光波正常傳輸，因此光線中的光波講具有明顯的偏振態(tài)。光波在H形的位置，光波得到傳輸，消逝場中的光波將在金屬中產(chǎn)生表面等離激元的激發(fā)并耦合在光纖中，與光纖中的光波進行耦合和干涉。圖5是H形微納光纖表面等離激元傳感器的光譜圖，從圖譜可以看出由于表面等離激元與光纖中的光波形成偏振干涉，在Inm的波長上可以形成3個干涉峰。這也是區(qū)別于其它光纖SPR響應傳感器的最大特點。因此，通過表面等離激元的干涉形成的傳感很高的靈敏度，且是一種緊湊、 簡易的光纖傳感器。實施例2
(I)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;
其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按體積比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10 ;其中氫氟酸的濃度為40%。(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上，使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;
(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用磁控濺射的方法沉積Ag金屬薄膜，其中Ag金屬薄膜厚度為50nm ；
(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。實施例3
(I)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;
其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按體積比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10 ;其中氫氟酸的濃度為40%。(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上，使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;
(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用磁控濺射的方法沉積Al金屬薄膜，其中Al金屬薄膜厚度為SOnm ；
(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。實施例4
(I)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;
其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按體積比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10 ;其中氫氟酸的濃度為40%。(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上，使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;
(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用磁控濺射的方法沉積Pt金屬薄膜，其中Pt金屬薄膜厚度為IOOnm ；
(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。
權(quán)利要求
1.一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器，其特征在于所述傳感器包括玻璃套管和封裝在玻璃套管內(nèi)的H形微納米光纖，所述H形微納米光纖由單模光纖加工而成，在光纖的圓周面上，沿垂直于光纖軸向的方向?qū)ΨQ設有兩個凹槽，構(gòu)成上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，并且在上、下兩個凹槽的槽底均鍍有金屬薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器，其特征在于所述金屬薄膜為金、銀、鋁或鉬金屬薄膜。
3.—種H形微納米光纖表面等離激元傳感器的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、光纖腐蝕處理用氫氟酸溶液、氟化銨和水配制氫氟酸緩沖溶液，取單模光纖對其圓周面上對稱的兩側(cè)進行腐蝕處理,腐蝕深度使內(nèi)腐蝕平面距離纖芯20 μ m處，兩側(cè)的內(nèi)腐蝕平面相互平行，腐蝕寬度為246. 8 μ m ;其中，氫氟酸緩沖溶液的配比為按質(zhì)量比氫氟酸溶液氟化銨水=3:7:10;(2)、H形微納米光纖成形處理將經(jīng)過氫氟酸緩沖溶液腐蝕過的光纖固定在夾具上， 使用研磨機對光纖腐蝕過的兩個側(cè)面進行研磨和拋光，在光纖的表面形成兩個沿垂直于光纖軸向方向設置的凹槽，構(gòu)成具有上、下對稱敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，兩個凹槽的槽底相互平行，研磨深度使凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，凹槽寬度為246. 8 μ m ;(3)、金屬鍍膜處理在H形微納米光纖的上、下凹槽的槽底上采用磁控濺射的方法沉積金屬薄膜，其中金屬薄膜厚度為30 IOOnm ；(4)、玻璃套管封裝用開放型的玻璃套管封裝經(jīng)過金屬鍍膜處理的H形微納光纖，制成H形微納米光纖表面等離激元傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中使用到的氫氟酸的濃度為40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種H形微納米光纖表面等離激元傳感器的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的金屬薄膜為金、銀、鋁或鉬金屬薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種H形微納米光纖表面等離基元傳感器及其制備方法，所述傳感器包括H形微光纖和封裝在外部的玻璃套管，H形光纖由單模光纖加工而成，具有上、下敞口的雙凹槽結(jié)構(gòu)，其中凹槽的槽底與光纖纖芯的外表面相切，且在上、下凹槽的槽底均鍍有金屬薄膜。其制備方法包括(1)、光纖腐蝕處理；(2)、H形微納米光纖成形處理；(3)、金屬鍍膜處理；(4)、玻璃套管封裝；本發(fā)明的光纖傳感器應用廣泛，可以應用于所用需要由外部因素導致結(jié)構(gòu)特征變化的場合，并實時監(jiān)控，且靈敏度高、檢測距離遠，采用偏振耦合的相干檢測，是所有光纖傳感器中較高靈敏的，采用窄線寬光源，檢測距離遠；成本較低，由單模光纖加工而成，制作成本較低，便于推廣使用。
文檔編號B81B7/00GK102607607SQ201210043679
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者夏立新, 鞏曉陽, 李立本, 甄志強, 趙曉艷, 閆海濤 申請人:河南科技大學