一种D型光子晶体光纤传感器

本技术涉及光纤传感领域，具体涉及一种d型光子晶体光纤传感器。

背景技术：

1、表面等离子体共振（surface plasmon resonance, spr）技术是一种基于金属表面自由电子与入射光子相互作用产生共振现象的光学传感技术。当入射光以特定角度入射到金属薄膜与介质的界面时，会激发金属表面的自由电子形成表面等离子体波。当表面等离子体波的传播常数与入射光的横向波矢分量匹配时，会发生共振现象，此时入射光的能量会被大量吸收，导致反射光强度急剧下降，形成明显的共振峰。由于表面等离子体共振对界面附近介质的折射率变化极其敏感，因此可通过监测共振峰的偏移来实现对生物分子的定性和定量检测。

2、传统的单模或多模光纤传感器，由于其倏逝场与待测生物分子的相互作用区域有限，导致传感灵敏度难以进一步提升，且在选择性和抗干扰能力方面也存在一定不足，限制了其在痕量生物分子检测中的应用。

3、光子晶体光纤（photonic crystal fiber, pcf）的横截面具有周期性排列的空气孔结构，这种独特的结构设计使其具备了许多传统光纤无法比拟的光学特性，如无截止单模传输、大模场面积、高双折射、可控的色散特性以及极强的倏逝场约束能力等。通过合理设计空气孔的排列方式、尺寸大小和分布密度，可对光子晶体光纤的光学性能进行灵活调控，使其能够更有效地增强光与物质的相互作用，为提高生物传感器的灵敏度奠定了结构基础。公布号为cn116577305a的发明专利申请，公开了一种基于表面等离子体共振的d型光子晶体光纤传感器，其结构包含纤芯、包覆于纤芯外部的包层，纤芯内设置有周期性排列的大小不同的圆空气孔，所述圆空气孔包括内层小圆空气孔、内层大圆空气孔以及外层大圆空气孔，所述内层大圆空气孔和内侧小圆空气孔呈六边角形阵列排布，圆空气孔之间的周期均为λ=3μm；纤芯的侧壁开设有开环通道，开环通道的内表面涂有金膜。该发明所述传感器虽具有高达9000nm/riu的灵敏度，但其针对待测液体样本折射率的范围较窄，仅为1.26~1.29。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、检测范围宽且灵敏度较高的d型光子晶体光纤传感器。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种d型光子晶体光纤传感器，包括d型光子晶体光纤，所述d型光子晶体光纤包括纤芯和包覆于纤芯外部的包层；所述包层具有一圆弧曲面和一抛光平面，所述抛光平面上沿光纤轴向开设有一开环通道，在开环通道的内表面设置有等离子体激元材料层；在包层内沿光纤轴向设有若干贯穿的包层空气孔；所述包层空气孔包括内层空气孔和设置于所述内层空气孔外围的外层空气孔，其中，

4、内层空气孔包括2个小空气孔和4个大空气孔，所述2个小空气孔位于纤芯所在水平直线的上方，且2个小空气孔的圆心在同一条水平直线上；各空气孔在纤芯的外围呈正六边形点阵排列，各空气孔的圆心依次连接后形成一个正六边形，该正六边形的中心点与纤芯重合；

5、外层空气孔包括9个大空气孔，由上至下分四行排列，其中，第一行空气孔、第二行空气孔和第三行空气孔分别排列有2个大空气孔，第四行空气孔排列有3个大空气孔；每一行空气孔中各自大空气孔的圆心均分别在一条水平直线上，将各大空气孔的圆心依次连接后为一个不完整的正六边形，该不完整正六边形所在正六边形的中心点与纤芯重合。

6、进一步地，内层空气孔和外层空气孔中相邻的任意三个空气孔均呈正三角晶格结构。

7、更进一步地，相邻的任意两个空气孔的圆心之间的间距λ为2.4μm。

8、进一步地，所述小空气孔的孔径为0.65μm，所述大空气孔的孔径为2μm。

9、进一步地，所述抛光平面与纤芯所在水平直线之间的距离为3.8μm。

10、进一步地，所述开环通道的截面呈半圆形，其圆心与纤芯在同一条纵向垂直线上。更进一步地，所述开环通道的半径为1μm。

11、进一步地，所述等离子体激元材料层采用金材料制作成而成，其厚度为50nm。

12、进一步地，所述d型光子晶体光纤的基底材料为石英。

13、进一步地，所述d型光子晶体光纤的径为13.44μm。

14、本申请中，纤芯位于d型光子晶体光纤的圆心处。

15、本实用新型所述传感器待测分析液的折射率分析范围为1.29~1.40。

16、本实用新型所述传感器中的d型光子晶体光纤以正六边形布局，采用纤芯为实心，包层内大、小空气孔结合且大空气孔孔径与开环通道孔径相同的设计，使传感器的工作波段在近红外区域，在待测分析液折射率范围为1.29~1.40时具有较高的折射率检测灵敏度，且加工难度低。本实用新型传感器的共振波长范围为1089~1295nm，当待测分析液折射率范围为1.29~1.40时，待测分析液最大波长灵敏度高达3400nm/riu，波长分辨率2.94×10-5riu。

1.一种d型光子晶体光纤传感器，包括d型光子晶体光纤（1），所述d型光子晶体光纤（1）包括纤芯（2）和包覆于纤芯（2）外部的包层（3）；所述包层（3）具有一圆弧曲面和一抛光平面，所述抛光平面上沿光纤轴向开设有一开环通道（4），在开环通道（4）的内表面设置有等离子体激元材料层（5）；在包层（3）内沿光纤轴向设有若干贯穿的包层（3）空气孔；其特征是，

2.根据权利要求1所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，内层空气孔和外层空气孔中相邻的任意三个空气孔均呈正三角晶格结构。

3.根据权利要求1所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，相邻的任意两个空气孔的圆心之间的间距λ为2.4μm。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述小空气孔（6）的孔径为0.65μm。

5.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述大空气孔（7）的孔径为2μm。

6.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述抛光平面与纤芯（2）所在水平直线之间的距离为3.8μm。

7.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述开环通道（4）的截面呈半圆形，其圆心与纤芯（2）在同一条纵向垂直线上。

8.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述等离子体激元材料层（5）的厚度为50nm。

9.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述d型光子晶体光纤（1）的基底材料为石英。

10.根据权利要求1~3中任一项所述的d型光子晶体光纤传感器，其特征是，所述d型光子晶体光纤（1）的径为13.44μm。