基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110596051A(43)申请公布日2019.12.20(21)申请号201910820887.1(22)申请日2019.09.01(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市桂林金鸡路1号(72)发明人肖功利张开富杨宏艳杨秀华杨寓婷李海鸥张法碧傅涛邓艳容孙堂友陈永和李琦刘兴鹏(51)Int.Cl.G01N21/552(2014.01)G01N21/41(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称敏度高，是一种实用的折射率传感器。基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器(57)摘要本发明提供了一种石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR折射率传感器。所述光纤SPR传感器包括一具有平面壁和曲面侧壁的折射率引导型光子晶体光纤，所述折射率引导型光子晶体光纤留有左右相互对称的两个纤芯，横截面呈D形，在所述平面壁上具有传感层。本发明在D形光子晶体光纤表面，左右纤芯所对应的传感层分别为石墨烯包覆的金/银纳米柱。利用金/银纳米柱表面产生的等离子体共振对周围的介质环境十分敏感的特性，可以将金属表面临近物质的折射率的微小变化转换成可测量的吸收峰的位移，设计实现高灵敏度的光子晶体光纤SPR传感器。本发明的优点是：双芯结构的设计拓宽了该折射率传感器的检测范围。石墨烯包覆金/银纳米柱的设计既能明显提高传感器的灵敏度，又能有效防止银纳米柱的腐蚀及氧化。该传感器设计新颖，结CN110596051A构简单，体积小，检测范围宽，抗腐蚀能力强，灵CN110596051A权利要求书1/1页1.基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，如图1所示，包括光纤传感器本体，其特征在于：所述光纤传感器本体由光子晶体光纤(1)、分析物传感区(2)和石墨烯包覆的金/银纳米柱(3)组成；光子晶体光纤包层的直径D＝125um，侧抛面长度L＝1mm，金/银纳米柱的半径r＝25nm。本发明的光纤传感器的二维结构如图2所示，包括光子晶体光纤侧抛前预留的两个纤芯(5)(6)、空气孔、金纳米柱(7)、石墨烯(8)和银纳米柱(9)。2.根据权利1基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：光子晶体光纤(1)的材料为聚乙烯，折射率为1.4378。3.根据权利1所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：光子晶体光纤(1)的侧抛面为D型，两个纤芯(5)(6)相互对称。4.根据权利1所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：金/银纳米柱的半径相同，间距相同，且包覆的石墨烯厚度也相同。5.根据权利1或4所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：金/银纳米柱的数量不定，以刚好将两个纤芯覆盖住为准。如当d＝50nm时，纳米柱数量为720。6.根据权利1所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：光子晶体光纤(1)的空气孔的直径为9um，间距也为9um。7.根据权利1或5所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：金/银纳米柱柱间距为30nm～70nm，可根据实际需要进行选择。8.根据权利1或4所述的基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器，其特征在于：石墨烯层数最好取1～5层，同样可根据实际需要进行选择。2CN110596051A说明书1/3页基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器技术领域[0001]本发明涉及光纤SPR传感技术，特别是一种基于石墨烯包覆的双芯D型光子晶体光纤SPR传感器。背景技术[0002]表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance,SPR)是一种由P偏振光或横磁(transversemagnetic,TM)波引起，激发于金属与介质表面的电子集体振荡的光学现象。这种光学现象产生的电磁波被称为表面等离子体激元(surfaceplasmonpolaritons,SPPs)，并在一定条件下表现为倏逝波。SPR是在一定条件下，用全内反射(totalinternalreflection,TIR)倏逝波辐射金属表面时，表面等离子体波与金属表面耦合所产生。利用表面等离子体激元对周围介质折射率(refractiveindex,RI)的变化极为敏感的特性，SPR已成为化学、生物医学以及环境监测领域一项很有前途的传感技术。基于TIR机制，利用棱镜、光纤和光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF)激发SPR的操作平台很多，1968年Kretschmann-Raether提出的棱镜结构存在传感器体积大的问题，1992年美国华盛顿大学的Jorgenson和Yee提出利用光纤作