光纤集成一体化SPR传感系统研究

An all-fiber SPR sensor system is proposed, that is, polarizer and sensor are integrated in an optical fiber in order to achieve SPR sensing system of fiber integrated. Polarizers and sensors are all made of optical fiber. And connections between the devices are low-loss of splicing technology. Metal layer is Use to make optical fiber polarizer. Compared with the wound type, birefringent crystal type and other types of fiber polarizer, this structure polarizer has character of high extinction, low loss, Simple production process and good matching with other fiber in application system. SPR sensor is also made of optical fiber. Different structures, (such as online transmission type, terminal reflective and so on) and different metal layer of the SPR sensor are studied. Using the fiber core as a carrier to stimulate the SPR effect, a layer of metal layer is deposited on the fiber core. Fixing incident angle, the change of the characterization of material on metal surfaces is detected by altering the wavelength of light source. Compared with the traditional prism SPR sensor, fiber SPR sensor is suitable for remote telemetry occasions. The SPR signal is less interfere with external factors such as mechanical structure and the fluctuations of light source. Therefore, research and application of the SPR optical fiber sensors have great potential value.

提出一种全光纤结构SPR传感系统，即将偏振器，传感器集成在一根光纤上，实现光纤集成一体化SPR传感系统。偏振器、传感器均采用光纤制作，器件之间采用低损熔接技术连接。采用金属覆层制作保偏光纤偏振器，与缠绕型、双折射晶体型等其他类型的光纤偏振器相比，金属覆层结构的光纤偏振器具有消光比高、与应用系统中其他光纤匹配性好、损耗小、制作工艺简单的特点。采用光纤制做SPR传感器，研究在线传输式、终端反射式等不同结构、不同金属膜层的SPR传感器。使用光纤纤芯作为激发SPR效应的载体，在光纤纤芯上沉积一层金属薄膜，形成SPR传感结构，固定入射光角度，以改变光源波长来检测金属表面物质特性的改变。与传统的棱镜SPR传感器相比，光纤型SPR传感器适合远程遥测场合，SPR信号不易受到机械结构、光源波动等外界因素影响。因此SPR光纤传感器的研究和应用都有着很大的潜在价值。

提出了一种全光纤结构SPR传感系统，即将偏振器，传感器集成在一根光纤上，实现光纤集成一体化SPR传感系统。理论分析了光纤纤芯作为SPR激发基体材料的可行性；分别制作了三种光纤基体，其中包括两种在线式的光纤基体，D型结构光纤和锥状结构光纤；一种反射式光纤端面结构。理论分析了不同膜层结构和不同膜层厚度 对谐振波长与谐振角度的影响。利用Labview软件，分别模拟了三种膜层，在线结构光纤、金属与TiO2复合膜，在线结构光纤与单层金属Ag膜、以及反射式光纤端面的膜层结构。利用自制的D型结构光纤偏振器和锥状结构光纤偏振器，反射式光纤端面SPR传感器搭建了一种全光纤结构SPR传感系统，实现了对折射率的测量。偏振器、传感器均采用光纤制作，器件之间采用低损熔接技术连接。采用金属覆层制作保偏光纤偏振器，与缠绕型、双折射晶体型等其他类型的光纤偏振器相比，金属覆层结构的光纤偏振器具有消光比高、与应用系统中其他光纤匹配性好、损耗小、制作工艺简单的特点。采用光纤制做SPR传感器，研究在线传输式、终端反射式等不同结构、不同金属膜层的SPR传感器。使用光纤纤芯作为激发SPR效应的载体，在光纤纤芯上沉积一层金属薄膜，形成SPR传感结构，固定入射光角度，以改变光源波长来检测金属表面物质特性的改变。与传统的棱镜SPR传感器相比，光纤型SPR传感器适合远程遥测场合，SPR信号不易受到机械结构、光源波动等外界因素影响。因此SPR光纤传感器的研究和应用都有着很大的潜在价值。