一种基于可见光和红外波段的双参量传感系统

：本发明涉及光纤传感，尤其涉及一种基于可见光和红外波段的双参量传感系统。

背景技术

0、背景技术：

1、表面等离子共振技术，英文简写spr，是从20世纪90年代发展起来的一种新技术，其应用spr原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物之间的相互作用情况，广泛应用于各个领域。在近年来，表面等离子体共振(spr)传感器的研究越来越受到关注。

2、spr使用光波导，为各种传感应用提供高效且具有成本效益的器件，将光子晶体光纤与表面等离子体共振传感器集成在一起，以实现理想的检测，并将其用于各种检测应用。基于光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器具有响应迅速、设计灵活、灵敏度高、双折射特性等特点，广泛应用于气体传感、环境监测、食品安全、医疗诊断、有机化合物检测、生物成像控制等。

3、目前，基于基于光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器因其灵活的设计、微型尺寸和双折射特性而越来越具有广泛的市场需要。但是现有的基于光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器在传感应用时，非常容易出现多种等离子体激发模式叠加干扰的情况，从而容易导致出现多个共振峰值，进而带来影响传感的缺陷，双参量容易出现相互干扰的缺陷，从而不利于双参量测量。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

2、实施例1：参照图1-3，一种基于可见光和红外波段的双参量传感系统，包括：

3、双参量传感器，双参量传感器为光子晶体光纤，双参量传感器在水平方向和垂直方向均存在分割的四分之一圆环作为分析液填充区域，圆环内侧距离光子晶体光纤每个四分之一圆环内均镀有金膜，光子晶体光纤包层为二氧化硅包层；

4、双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧设有12个空气孔，空气孔采用外围分布设置，空气孔沿双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧边沿分布；

5、光源、导光光纤和偏振光滤光片，光源实现发出光信号，实现通过导光光纤传输进入偏振光滤光片之后形成单向偏振光并进入双参量传感器；

6、光谱分析仪；光谱分析仪实现采集单向偏振光进入双参量传感器后光信号受到水平方向或垂直方向上的传感衰减；

7、上位机，上位机实现接受光谱分析仪采集并传输的数据，进行计算。

8、本发明中，双参量传感器的水平方向上的四分之一圆环内填充的分析液浓度为1.43～1.44。

9、本发明中，双参量传感器的水平方向上的四分之一圆环在垂直方向上填充分析液浓度为1.41～1.42。

10、本发明中，空气孔中心距离双参量传感器的光子晶体光纤中心距离为4μm，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的其它空气孔直径为0.6μm。

11、本发明中，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的最左侧和最右侧的空气孔直径为0.2～0.25μm，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的最上方和最下方空气孔直径为0.1～0.15μm。

12、本发明中，金膜厚度为25～30nm，且金膜采用断续分布方式设置。

13、本发明中，金膜进行断续分布方式为金膜覆盖10°的角度，且每个四分之一圆环内分布的金膜数量均为5个，且5个金膜覆盖区域的覆盖角度均为8°～12°，且每个金膜覆盖区域的间隔均为5°。

14、本发明中，偏振光滤光片切换通道即可进行测量对应通道的其他通道的传感衰减。

15、实施例2：一种基于可见光和红外波段的双参量传感系统，包括：

16、双参量传感器，双参量传感器为光子晶体光纤，双参量传感器在水平方向和垂直方向均存在分割的四分之一圆环作为分析液填充区域，圆环内侧距离光子晶体光纤每个四分之一圆环内均镀有金膜，光子晶体光纤包层为二氧化硅包层；

17、双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧设有12个空气孔，空气孔采用外围分布设置，空气孔沿双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧边沿分布；

18、光源、导光光纤和偏振光滤光片，光源实现发出光信号，实现通过导光光纤传输进入偏振光滤光片之后形成单向偏振光并进入双参量传感器；

19、光谱分析仪；光谱分析仪实现采集单向偏振光进入双参量传感器后光信号受到水平方向或垂直方向上的传感衰减；

20、上位机，上位机实现接受光谱分析仪采集并传输的数据，进行计算。

21、本发明中，双参量传感器的水平方向上的四分之一圆环内填充的分析液浓度为1.43～1.44。

22、本发明中，双参量传感器的水平方向上的四分之一圆环在垂直方向上填充分析液浓度为1.41～1.42。

23、本发明中，空气孔中心距离双参量传感器的光子晶体光纤中心距离为4μm，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的其它空气孔直径为0.6μm。

24、本发明中，金膜进行断续分布方式为金膜覆盖10°的角度，且每个四分之一圆环内分布的金膜数量均为5个，且5个金膜覆盖区域的覆盖角度均为8°～12°，且每个金膜覆盖区域的间隔均为5°。

25、本发明中，偏振光滤光片切换通道即可进行测量对应通道的其他通道的传感衰减。

26、本发明中，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的最左侧和最右侧的空气孔直径为0.26～0.3μm，双参量传感器的光子晶体光纤包层内侧的最上方和最下方空气孔直径为0.16～0.2μm。

27、本发明中，金膜厚度为31～35nm，且金膜采用断续分布方式设置。

28、工作原理：

29、在通过双参量传感器系统对外界双参量进行检测时，首先构建出如图1、图2所示的光子晶体光纤传感器的结构，即设置光子晶体光纤传感器本体由二氧化硅包层和处于包层内的12个空气孔组成；

30、再利用仿真软件(如comsol multiphysics)选择并调整出合适的气孔直径、气孔与中心距离、金膜的厚度和覆盖角度等参数，调整为:12个空气孔采用外围布置，沿边沿分布，包层内空气孔中心距离光子晶体光纤中心为4μm，光子晶体光纤传感器外侧水平方向和垂直方向各自存在分割的四分之一圆环作为分析液填充区域，填充区域内镀有分割式的金膜，用以激发表面等离子体共振形成损耗图谱；

31、为了更好激发表面等离子体，增加双参量损耗峰值水平并提高灵敏度，对光子晶体光纤传感器的气孔直径、金膜厚度、金膜覆盖角度进行调整，具体调整为：由于传感通道上气孔直径会影响相应的有效折射率进而影响表面等离子体共振情况，将光子晶体光纤的水平方向上最左侧和最右侧气孔设置为0.2～0.3μm，垂直方向上最上方和最下方气孔设置为直径为0.1～0.2μm，其余气孔直径为0.6μm；金膜厚度设置为25～35nm，每块金膜区域覆盖角度为8°～12°，每处金膜间隔为5°，再利用comsol仿真软件计算得出气孔直径；

32、设置水平方向水平方向上四分之一圆环填充分析液浓度为1.435，四分之一圆环在垂直方向上填充分析液浓度为1.415，通过comsolmultiphysics对气孔直径进行参数化计算，可得到相关损耗图谱，通过comsol multiphysics对金膜厚度和金膜覆盖角度进行参数化计算，可得到相关损耗图谱，优选参数为：光子晶体光纤的水平方向上最左侧和最右侧气孔设置为0.25μm，垂直方向上最上方和最下方气孔设置为直径为0.2μm，其余气孔直径为0.6μm；金膜厚度设置为30nm，每块金膜区域覆盖角度为10°；

33、最后通过设置水平方向上四分之一圆环填充折射率为1.43～1.44分析液，设置垂直方向上四分之一圆环填充折射率为1.41～1.42分析液，进行检验传感器的灵敏度，在传感器其他参数保持不变的情况下，检测双参量之间的检测灵敏度，结果如图4、图5。

34、在本实施例中，在所设计的结构中，通过仿真软件对两个方向上填充的液体折射率传感灵敏度进行仿真计算，并随着单一一个方向上。

35、需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

36、尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。