一种光纤SPR传感头的制作方法

本发明属于液体折射率检测等技术领域，具体涉及一种光纤spr传感头。

背景技术：

折射率是物质的固有属性，也是分析物质信息的重要依据。折射率检测深入到气体成分分析、食品安全、环境监测、生物分析及医疗检测等多个领域，使得实现高质量的折射率检测具有重大意义。目前，用于溶液折射率测量的方法有：光纤阿贝折射法、杨氏干涉法、掠面入射法、激光照射法等。这些方法都可测得溶液折射率，但也存在一些缺点，比如:阿贝仪只能测量透明液体折射率；杨氏干涉法的精度虽高但稳定性差；掠面入射法的全反射原理局限了它的测量范围；激光照射法测量范围较广但测量时液体的需求量很大。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种光纤spr传感头。

本发明提供了一种光纤spr传感头，具有这样的特征，包括：锥形光纤；金膜，镀于锥形光纤外表面；以及钛酸钡膜，镀于金膜表面。

在本发明提供的光纤spr传感头中，还可以具有这样的特征：其中，锥形光纤的长度为34um，锥形尖端底部的直径为1.5um。

在本发明提供的光纤spr传感头中，还可以具有这样的特征：其中，金膜的厚度为50nm。

在本发明提供的光纤spr传感头中，还可以具有这样的特征：其中，钛酸钡膜的厚度为40nm。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的光纤spr传感头，由于采用聚合物锥形光纤为结构主体，并在结构外层镀上钛酸钡薄膜材料，使得反射光谱出现了三个吸收峰，使用前两个吸收峰用于传感，两峰值相加用于传感可成倍增加传感器灵敏度，两峰值相减用于传感可消除外界强干扰，极大提升测量准确度。

因此，本发明的光纤spr传感头，有两种工作模式，均具有灵敏度高、准确度高的优点。

附图说明

图1是本发明的实施例中光纤spr传感头的结构示意图；

图2是本发明的实施例中光纤spr传感头在一次测量中的波谱图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

图1是本发明的实施例中光纤spr传感头的结构示意图。

如图1所示，本实施例的一种光纤spr传感头100，包括：锥形光纤10、金膜20以及钛酸钡膜30。

锥形光纤10为聚合物锥形光纤，所述锥形光纤为聚合物锥形光纤，其以锥形光纤为结构基础，光自入射端耦合进入光纤，光纤尾部通过特殊的方法制作成锥形尖端。光在光纤尾部传感位置将会携带外部物质的折射率信息，并反射回原入射端。

本实施例中，聚合物锥形光纤的制作原理为：一定强度的且波长在450nm到550nm之间的激光耦合进入单模光纤，涂敷在光纤出射端端面的光敏试剂在激光照射下引发交联聚合反应，进而形成聚合物锥形尖端。其中，光敏试剂配方如下：多官能丙烯酸酯单体季戊四醇三丙烯酸酯petia，曙红-y即esion-y，甲基二乙醇胺mdea，各试剂配比灵活，可改变光敏试剂性质，进而影响聚合物锥形光纤的尺寸参数。

本实施例中，锥形光纤10的最佳长度为34um，锥形尖端底部的直径为1.5um。

金膜20镀于锥形光纤10外表面，其厚度为50nm。

本实施例中，在聚合物锥形光纤的外部镀上金属au层。镀膜方法包括化学方法和物理方法，其中，化学方法包括化学气相沉积法、液相生成法、氧化法、扩散法、电镀法等，物理方法包括真空热蒸发法、直流溅射、磁控溅射法、射频溅射、脉冲激光沉积、分子束外延生长法等。

钛酸钡膜30镀于金膜20表面，其厚度为40nm。

本实施例中，在金膜20外需要涂覆一定厚度的钛酸钡晶体薄膜。晶体薄膜的制作方法包括磁控溅射、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、溶胶—凝胶以及脉冲激光淀积等。

图2是本发明的实施例中光纤spr传感头在一次测量中的波谱图，其中，横坐标表示波长，纵坐标表示光的反射率。

本实施例的光纤spr传感头100在进行测量之前先选择宽光谱光源，并选择不同浓度的盐水作为测量物质。当光入射至锥形光纤10中，到达聚合物锥形光纤的尖端，由于聚合物外镀有金膜20和钛酸钡膜30，入射光会激发金属表面自由电子进而形成表面等离子体共振，在共振波长处，入射光能量将明显减弱，如图2所示，在反射光谱中将观察到三个共振吸收峰。波长较小的两个吸收峰随盐水折射率变化而偏移，并具有良好的线性关系。

在工作模式一，利用这两个共振波长的和值与盐水折射率的线性关系，可通过共振波长和值得出盐水的折射率，进而得到相应的盐水浓度，该方案相比以往的spr传感器，灵敏度近乎实现翻倍提高。

在工作模式二，利用这两个共振波长的差值与盐水折射率的线性关系，也可通过共振波长差值得出盐水的折射率，进而得到相应的盐水浓度，该方案差值相减可消去环境误差，具有较高的测量准确度。

由上可知，在光谱中会出现三个共振吸收峰，其中波长较小的两个共振波长都与传感头外的物质折射率呈现良好的线性关系。此外，我们在数学上证明了，两峰值波长的和值、差值均与传感头外的物质折射率有较好的线性关系。当使用两共振波长和值来应用于spr传感器测量时，相比于以往的spr传感器，传感器的灵敏度近乎翻倍。当使用两共振波长的差值来应用于spr传感器测量时，传感器能克服外界测量环境的强干扰，提升传感器的测量准确度。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的光纤spr传感头，由于采用聚合物锥形光纤为结构主体，并在结构外层镀上钛酸钡薄膜材料，使得反射光谱出现了三个吸收峰，使用前两个吸收峰用于传感，两峰值相加用于传感可成倍增加传感器灵敏度，两峰值相减用于传感可消除外界强干扰，极大提升测量准确度。

因此，本发明的光纤spr传感头，有两种工作模式，具有灵敏度高、准确度高的优点。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种光纤spr传感头，其特征在于，包括：

锥形光纤；

金膜，镀于所述锥形光纤外表面；以及

钛酸钡膜，镀于所述金膜表面。

2.根据权利要求1所述的光纤spr传感头，其特征在于：

所述锥形光纤的长度为34um，锥形尖端底部的直径为1.5um。

3.根据权利要求1所述的光纤spr传感头，其特征在于：

其中，所述金膜的厚度为50nm。

4.根据权利要求1所述的光纤spr传感头，其特征在于：

其中，所述钛酸钡膜的厚度为40nm。

技术总结
本发明公开了一种光纤SPR传感头，包括：锥形光纤；金膜，镀于锥形光纤外表面；以及钛酸钡膜，镀于金膜表面。本发明的光纤SPR传感头有两种工作模式，在一种模式下，相比于传统SPR传感器，测量灵敏度很高，此外，在另一种模式下，传感器可以工作于复杂的测量环境，可以有效克服外界误差干扰，提高测量准确度。

技术研发人员：初凤红;李婧临;夏章聪
受保护的技术使用者：上海电力大学
技术研发日：2020.03.24
技术公布日：2020.06.12