金填充微结构光纤探针器件制备及生化传感应用

Surface Plasmon Resonance (SPR)-based sensing is currently the most advanced real-time and label-free detection technology, and has great potential for application in the field of biological material detection. However, due to the difficulty of fabrication, the most research works on this field is theory analysis. In order to prepare the photonic crystal fiber (PCF)-SPR sensors in reality, we plan to develop the technology of filling PCF with gold and fabricate the gold tip based on SPR for sensing. The project includes four parts. (1) Theoretical study of fiber models and sensor characteristics using finite element analysis method. (2) Experimental study of fabricating gold-filled PCF and fillingthe selective hole of PCF with gold. (3) Experimental study of preparing gold tipin multiple sizes and structures. (4) Experimental study of sensing characteristics of the gold tip for biothiols molecules. The work in this project would contribute to advancing technology of fabricating PCF-SPR devices and would find applications in the detection of chemical and biological agent.

基于表面等离子体共振（SPR）效应的光子晶体光纤（PCF）传感器是传感器领域重要发展方向，但该方向的研究多为理论分析，为了实现PCF-SPR传感器件的制备，本项目拟将金选择性的填充入光子晶体光纤包层空气孔，研制基于表面等离子共振的探针式传感器。具体研究包括：（1）采用有限元方法构建光纤模型，分析模式及传感特性；（2）实验研究金填充光子晶体光纤的制备工艺，实现多种形式的选择性填充；（3）实验研究金探针制备工艺，实现多种探针结构和尺寸的制作；（4）实验研究探针结构对疏基化合物分子的传感特性；本项目的研究内容有助于PCF-SPR传感器件制备工艺的发展，该结构的传感器件在生化物质检测传感领域中有着巨大的应用潜力。

随着当今社会科技的发展，智慧城市、物联网、人工智能等先进技术的应用变成了可能。智能技术的应用需要获取、感知大量环境数据，需要应用大量的、精确的、多种类的传感器进行数据收集。本项目旨在研究以光子晶体光纤为载体，通过填充或扭转等技术对光子晶体光纤进行二次加工，设计制备制高灵敏度的光纤传感器件。研究了金填充光子晶体光纤空气孔的加工工艺，制备了利用金表面等离子激元进行传感的光纤器件。二次加工光纤，制成具有螺旋空气孔结构的光子晶体光纤。特殊的螺旋结构，使光纤器件具备了对扭转方向的传感特性，并结合了定向耦合的传感优势。通过对该器件传感机制的持续研究，我们优化了器件结构和填充液体的折射率，获得了灵敏度为446nmmm/rad的扭转传感器件。在该项目的资助下，我们探索将液晶材料填充进光子晶体光纤制备成可用电调控的光纤传感器件，电调速度可达毫秒量级；我们通过加压扩张了包层空气孔，研究了光子晶体光纤包层空气孔孔径变化对传感器件灵敏度的影响，发现横向载荷传感灵敏度提高了2倍。通过本项目的资助，我们进行了深入的光纤传感器件设计、制备及传感机制的研究，获得了优势明显的传感灵敏度，拓宽了该领域的研究方向。