基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置製造方法

2023-06-28 16:09:11 2

基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置。其特徵包括一個寬帶光源，一個偏振器，兩根單模傳輸光纖，一根單模傳感光纖，多個位移探針，多個敏感區，一個光譜儀；所述敏感區是腐蝕傳感光纖形成的多個區域；位移探針是端面切平、鍍不同厚度金膜的單模光纖；空氣腔是位移探針與敏感區之間空氣帶隙。光經傳感光纖在敏感區產生倏逝場，在位移探針的金膜表面產生等離子諧振效應，空氣腔的長度決定諧振波長的吸收峰強度；不同厚度的金膜的產生諧振波長不同，通過波長解調可實現多位移測量。本發明提出一種結構簡單、體積小、靈敏度高、可復用的基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置。
【專利說明】基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感【技術領域】，特別涉及一種基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置。
【背景技術】
[0002]微位移測量技術，廣泛應用於精密機械製造，高精度自動控制系統，地質應變監測，航空航天工程領域等，是監測特徵點實時動態形位變化，將測量信號反饋至控制中心的一種重要技術。隨著當前微納加工技術的高速發展，微位移測量技術的測量解析度要求，已經從微米級提高到納米級。目前主要的微位移測量技術包括電荷耦合測量技術，電容式測量技術，雷射幹涉測量技術以及光纖光柵測量技術等。
[0003]表面等離子共振簡稱SPR(Surface Plasmon Resonance),是上世紀60年代發現的一種物理現象，是指當光源發出的P型偏振複色光經過薄膜金屬與介質的交界面時，若滿足入射角大於全反射臨界角，由於表面倏逝波場與金屬復折射率的存在，使得符合特徵波長的光部分被吸收，其餘波長的光被反射的現象。利用這一物理現象，已經研究出許多傳感裝置，並且在諸多領域比如生化檢測，DNA分子檢測，藥物分析等得到廣泛應用。
[0004]光纖傳感技術，是在抗電磁幹擾，遠距離通信與傳感以及分布式測量中廣泛應用的傳感技術。光在光纖中傳輸是以全內反射(Total Internal Reflection，TIR)原理為基礎，在纖芯與包層界面，入射光會發生全反射並在界面處產生倏逝波場，將光纖內部的全反射現象與表面等離子共振技術結合，可以用來測量許多物理、化學、生物變化量，特別地，通過在光纖纖芯表面鍍特殊的金屬薄膜，可以測量許多生物化學量的濃度變化，比如核糖核酸分子，嘌呤分子等。
[0005]當前基於光纖的微位移測量技術，主要是在光纖上製作不同特性的光纖光柵，由於外界環境的變化，會影響光柵的傳輸特性從而導致光纖中信號光傳輸模式的改變，通過相位解調與強度解調的方法，可以獲得位移變化的信息，此類傳感器體積較大，製作成本較高，計算方法複雜，測量精度不高，並且只能實現單一微位移變化量的測量，本發明提出的基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置，具有結構簡單、體積小、靈敏度高、可復用的優點。

【發明內容】

[0006]為了克服現有技術中微位移傳感裝置體積較大，製作成本較高，計算方法複雜，測量精度不高的問題，本發明提出了一種結構簡單、體積小、靈敏度高、可復用的基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法及裝置。
[0007]本發明為解決技術問題所採取的傳感方法:
[0008]步驟(I)選擇一個輸出波長為480nm至560nm的寬帶光源，一個工作波長覆蓋480nm至560nm的光譜儀,兩根單模傳輸光纖，一個偏振器，一根單模傳感光纖，多個位移探針。[0009]步驟(2)寬帶光源發出的信號光，經過傳輸光纖，通過偏振器進行起偏，得到線偏振模式的入射光，進入傳感光纖。
[0010]步驟(3)傳感光纖的製作，是將一根普通的單模光纖在同一實驗條件下，在多個區域，進行相同的腐蝕處理，得到多個腐蝕至纖芯的區域，作為產生表面等離子共振的敏感區。由於光纖的全內反射工作原理，線偏振模式的入射光在纖芯與周圍空氣的界面上會產生一個倏逝波場。入射光的傳播常數為[0011]
【權利要求】
1.基於表面等離子共振的光纖多點微位移傳感方法，其特徵在於該方法包括如下步驟: 步驟(1)選擇一個輸出波長為480nm至560nm的寬帶光源，一個工作波長覆蓋480nm至560nm的光譜儀,兩根單模傳輸光纖，一個偏振器，一根單模傳感光纖，多個位移探針。 步驟(2)寬帶光源發出的信號光，經過傳輸光纖，通過偏振器進行起偏，得到線偏振模式的入射光，進入傳感光纖。 步驟(3)傳感光纖的製作，是將一根普通的單模光纖在同一實驗條件下，在多個區域，進行相同的腐蝕處理，得到多個腐蝕至纖芯的區域，作為產生表面等離子共振的敏感區。由於光纖的全內反射工作原理，線偏振模式的入射光在纖芯與周圍空氣的界面上會產生一個倏逝波場。入射光的傳播常數為
2.實現權利要求1所述方法的裝置，其特徵在於包括一個寬帶光源，兩根單模傳輸光纖，一個偏振器，一根單模傳感光纖，多個位移探針，多個敏感區，一個光譜儀；所述寬帶光源經傳輸光纖與偏振器連接；所述傳感光纖經耦合器與傳輸光纖連接；所述敏感區是在傳感光纖的多個區域上通過腐蝕處理，去除光纖包層，將纖芯裸露在外製作；所述位移探針是在多個經端面切平處理的單模光纖端面分別鍍上均勻且厚度不同的金膜製作；所述空氣腔是指位移探針與傳感光纖敏感區之間幾十納米寬的空氣帶隙。
【文檔編號】G01B11/02GK103868457SQ201410076375
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】趙春柳, 楊江, 王小明, 金尚忠 申請人:中國計量學院