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专利号: 2020113040341
申请人: 重庆三峡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-03-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种温度补偿的大测量范围的SPR传感器,其特征在于,包括偏三芯光纤(1)、同轴双波导光纤(2)、三通(3)、空芯光纤(4)、石英毛细管(5)、塑料包层多模光纤(6)、宽谱光源(7)、三维位移台(8)、微流注射泵(9)、废液池(10)、光谱仪(11)和电脑(12),所述偏三芯光纤(1)的一端与同轴双波导光纤(2)的一端正对焊接,所述同轴双波导光纤(2)的另一端与空芯光纤(4)的一端正位焊接,所述空芯光纤(4)的另一端与塑料包层多模光纤(6)正位焊接,所述空芯光纤(4)的两端和中部均设有侧抛开口,所述两端的侧抛开口处均设有三通,所述空芯光纤(4)穿过三通(3),并用紫外固化胶固定在空芯光纤(4)上,所述空芯光纤(4)光源进入端的三通(3)与微流注射泵(9)相连,所述空芯光纤(4)光源出去端的三通(3)与废液池(10)相连,从而形成微流通道,所述偏三芯光纤(1)的另一端放在三维位移台(8)的V槽中,所述三维位移台(8)的V槽另一端设有单模光纤,所述单模光纤的另一端与宽谱光源(7)相连,使单模光纤能够给偏三芯光纤(1)的每个纤芯分别注入光源,所述塑料包层多模光纤(6)的另一端与光谱仪(11)相连,所述光谱仪与电脑(12)电性连接,所述同轴双波导光纤(2)上设有第一金属薄膜(2-5),所述石英毛细管(5)与设置在光源进入端的三通之间设有第二金属薄膜(4-3),所述空芯光纤(4)的中部侧抛开口处设有第三金属薄膜(5-1),所述塑料包层多模光纤(6)上设有第四金属薄膜(6-2),所述石英毛细管(5)包覆在第三金属薄膜(5-1)的外侧,且用紫外固化胶将石英毛细管(5)固定在空芯光纤(4)上;

所述偏三芯光纤(1)由圆形包层(1-1)、第1纤芯(1-2)、第2纤芯(1-3)和第3纤芯(1-4)组成,所述第1纤芯(1-2)、第2纤芯(1-3)和第3纤芯(1-4)分布在圆形包层(1-1)的同一半径上,且三者在竖直方向上的投影重合,每根纤芯直径9μm,包层直径125μm,所述第1纤芯(1-2)的与圆形包层(1-1)为同心圆,第2纤芯(1-3)与第1纤芯(1-2)的中心距为33.5μm,第3纤芯(1-4)与第2纤芯(1-3)的中心距离为25μm;

所述同轴双波导光纤(2)由第1包层、第2包层(2-2)、波导纤芯和环形纤芯(2-4)组成,第1包层直径125μm,第2包层(2-2)直径58μm,所述波导纤芯的横截面为圆形,且位于同轴双波导光纤中央,直径9μm,所述环形纤芯(2-4)围绕波导纤芯外侧圆周均匀分布,内径为58μm,外径为76μm。

2.根据权利要求1所述的一种温度补偿的大测量范围的SPR传感器,其特征在于,所述的第一金属薄膜(2-5)、第二金属薄膜(4-3)、第三金属薄膜(5-1)和第四金属薄膜(6-2)厚度为30nm-60nm,且第一金属薄膜(2-5)、第二金属薄膜(4-3)、第三金属薄膜(5-1)和第四金属薄膜(6-2)的材质为易发生表面等离子体共振的金属。

3.根据权利要求2所述的一种温度补偿的大测量范围的SPR传感器,其特征在于,所述第一金属薄膜(2-5)、第二金属薄膜(4-3)、第三金属薄膜(5-1)和第四金属薄膜(6-2)的材质为金、银、铜中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种温度补偿的大测量范围的SPR传感器的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:

S1.预制备偏三芯光纤,截取一段偏三芯光纤,长为50cm,用米勒钳在其两端各剥除涂敷层2cm,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并使用光纤切割刀将其端面切割平整;

S2.预制备同轴双波导光纤,截取一段同轴双波导光纤,长为10cm,用米勒钳在其两端各剥除涂敷层2cm,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并使用光纤切割刀将其端面切割平整;

S3.预制备空芯光纤,截取一段空芯光纤,长为8cm,利用裸光纤侧面抛磨技术将空芯光纤的中间部分进行抛磨,抛磨长度为20mm,抛磨深度为62.5μm,再对两端离端面10mm的位置进行抛磨,抛磨长度为5mm,形成左开口和右开口,抛磨完成后在体式显微镜下用光纤定长切割装置将左右两端面切割平整,切割长度为5mm,完成后用微流注射泵给空芯光纤的孔道施加压力注入蒸馏水来清洗孔道中的光纤屑;

S4.预制备塑料包层多模光纤,截取一段塑料包层多模光纤,用米勒钳在其两端各剥除涂敷层2cm,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并使用光纤切割刀将其端面切割平整;

S5.焊接,将处理好的空芯光纤和同轴双波导光纤装于焊接机中,控制两根光纤上下左右位置,使同轴双波导光纤与空芯光纤对准,并采用小电流多次放电焊接,防止空芯光纤塌缩变形;空芯光纤的另一端与塑料包层多模光纤装于焊接机中,控制两根光纤上下左右位置,使塑料包层多模光纤与空芯光纤对准,并采用小电流多次放电焊接,防止空芯光纤塌缩变形;将同轴双波导的另一端与偏三芯光纤装于焊接机中,控制两根光纤上下左右位置,使偏三芯光纤的第1纤芯(1-2)、第2纤芯(1-3)、第3纤芯(1-4)分别与同轴双波导光纤的波导纤芯、环形纤芯(2-4)、第1包层对准,并采用小电流多次放电焊接,防止光纤变形;

S6.镀制金属膜

S6-1.将焊接完成后的微结构光纤探针在显微镜下观察使侧抛孔道向上固定于载玻片上,放置在直流等离子溅射仪或磁控溅射仪金属靶材正下方,侧抛孔道开口向上,其余部分用载玻片遮挡,避免镀上金属薄膜,在空芯光纤的管壁上镀制第三金属薄膜(5-1),此时镀膜完成后取出光纤,取一截3cm长的石英毛细管,直径为300μm,将光纤探针塑料包层多模光纤一端从石英毛细管的左端插入,使空芯光纤的中间侧抛面位于石英毛细管的中间部位,开口向上,石英毛细管的两端用紫外固化胶与空芯光纤完全密封,侧抛开口以及第三金属薄膜(5-1)密封在石英毛细管中;

S6-2.将塑料包层多模光纤环形剥除2cm的塑料包层及涂覆层,裸露纤芯,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并将裸露纤芯固定在载玻片上,放置在直流等离子溅射仪或磁控溅射仪金属靶材正下方,其余部分用载玻片遮挡,避免镀上金属薄膜,在裸露纤芯上环形镀制第四金属薄膜(6-2);

S6-3.在石英毛细管与左开口的中间环形剥除10mm的涂敷层,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并将其固定在载玻片上,放置在直流等离子溅射仪或磁控溅射仪金属靶材正下方,其余部分用载玻片遮挡,避免镀上金属薄膜,在裸露的包层上环形镀制第二金属薄膜(4-3);

S6-4.在同轴双波导光纤上环形剥除2cm长的涂覆层,用光纤擦拭纸蘸取酒精擦拭干净,并将其固定在载玻片上,放置在直流等离子溅射仪或磁控溅射仪金属靶材正下方,其余部分用载玻片遮挡,避免镀上金属薄膜,在裸露的包层上环形镀制第一金属薄膜(2-5);

S7.所有镀膜完成后,在第二金属薄膜(4-3)处旋涂PDMS(4-4),使第二金属薄膜(4-3)完全浸入混合液,静置使PDMS完全固化;

S8.将空芯光纤(4)的左开口插入三通中,使三通的上端口与左开口正对,三通的左端用紫外固化胶与同轴双波导光纤(2)完全密封,使第一金属薄膜(2-5)裸露在空气中,三通的右端用紫外固化胶与空芯光纤(4)完全密封,使第二金属薄膜(4-3)以及PDMS裸露在空气中,将焊接点处与左开口密封在三通内;将空芯光纤(4)的右开口插入直径为1mm的三通中,使三通的上端口与有开口正对,三通的左端用紫外固化胶与空芯光纤(4)完全密封,三通的右端用紫外固化胶与塑料包层多模光纤(6)完全密封,使第四金属薄膜(6-2)裸露在空气中,将焊接点处与右开口密封在三通内;密封完成后使左侧三通与微流注射泵(9)密封连接构成液体进样口,右侧三通与废液池(10)密封连接构成液体出样口构成微流通道。

5.根据权利要求1所述的一种温度补偿的大测量范围的SPR传感器,其特征在于,所述宽谱光源(7)的波长范围450-2400nm,所述的光谱仪(11)为可见光光谱仪,波长范围覆盖500nm-1100nm。