微結(jié)構(gòu)光纖spr傳感器技術(shù)的初步探索

微結(jié)構(gòu)光纖spr傳感器技術(shù)的初步探索

表面離子激源（spr）技術(shù)是近年來(lái)的一個(gè)新興熱點(diǎn)。該技術(shù)具有高靈敏度、無(wú)標(biāo)記、實(shí)時(shí)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于生物分子相互作用、化合物和生物分析的反應(yīng)檢測(cè)。光纖型SPR傳感器的研究與應(yīng)用較棱鏡型SPR傳感器要晚得多,但由于光纖SPR傳感器耦合器件是光纖,相比于棱鏡型SPR系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點(diǎn),如可直接浸泡在待測(cè)溶液中、體積小且可插入血管在線監(jiān)測(cè)、所需樣品少、可通過(guò)光纖對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)檢測(cè)等.光纖型SPR傳感器是今后SPR傳感技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)微型化要求的自然延伸.1針對(duì)光纖傳感器的問(wèn)題和解決方案1.1非特異性響應(yīng)的檢測(cè)目前關(guān)于光纖SPR傳感器的研究大多集中在如何利用多模光纖方面,如基于多模光纖結(jié)構(gòu)的SPR傳感器及其相關(guān)實(shí)驗(yàn),包括在線傳輸式多模光纖SPR傳感器SPR傳感器的基本原理決定了這種傳感器所測(cè)得的響應(yīng)是由多種因素引起的,在其最常用的生物醫(yī)學(xué)測(cè)量領(lǐng)域,除了待測(cè)分子與探針?lè)肿酉嗷ソY(jié)合改變敏感膜的介電常數(shù),從而改變共振角或共振波長(zhǎng)(特異性響應(yīng))外,樣液中其他成分及濃度變化、溫度變化會(huì)引起額外響應(yīng),且樣液中非待測(cè)分子與敏感膜的相互作用也會(huì)改變敏感膜介電常數(shù),這些不可避免的誤差變化最終都將引起共振角或共振波長(zhǎng)的變化(非特異性響應(yīng)).由于非特異性響應(yīng)的存在嚴(yán)重影響SPR傳感器的測(cè)量精度,必須從實(shí)際測(cè)得的響應(yīng)中剔除非特異性響應(yīng).針對(duì)這一問(wèn)題引入?yún)⒖纪ǖ?通過(guò)不同通道之間的比較提取出特異性響應(yīng),從真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子相互作用的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)1.2提升復(fù)合微彎后的微彎光纖包層中單模光纖的使用價(jià)值為了解決光纖型SPR傳感器靈敏度(平均靈敏度典型值為3000nm/RIU)遠(yuǎn)低于已商用化的棱鏡式SPR傳感器的靈敏度(平均靈敏度典型值為6000nm/RIU)問(wèn)題,可以考慮采用少模甚至單模光纖,但由于光纖包層包裹纖芯結(jié)構(gòu)的特殊性,采用單模光纖后無(wú)法讓光線斜入射至金膜表面,即無(wú)法滿足Kretschmann結(jié)構(gòu)產(chǎn)生SPR現(xiàn)象的要求.自1990年以來(lái),相繼出現(xiàn)了將單模光纖微彎后對(duì)其包層進(jìn)行側(cè)面拋磨或腐蝕再鍍傳感金屬膜的相關(guān)研究1.3光纖spr傳感器基本原理基于光譜分析的棱鏡SPR傳感器實(shí)現(xiàn)多通道傳感的兩種常用方法是時(shí)分復(fù)用(timedivisionmultiplexing,TDM)和波分復(fù)用(wavelengthdivisionmultiplexing,WDM)技術(shù)光纖因纖芯細(xì)而無(wú)法分割成多個(gè)傳感區(qū)域進(jìn)行時(shí)分復(fù)用傳感測(cè)量,目前光纖SPR多通道研究通?；诓ǚ謴?fù)用技術(shù).文獻(xiàn)[16]研制了基于衍射光柵的多通道表面等離子體波檢測(cè)系統(tǒng),但在鍍膜工藝和夾具設(shè)計(jì)上存在一定困難.為了減少傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性受外界環(huán)境條件的影響,文獻(xiàn)[17]設(shè)計(jì)了雙通道的SPR光纖傳感器,可以用同一個(gè)探頭的兩側(cè)面來(lái)探測(cè)兩個(gè)獨(dú)立的SPR信號(hào).文獻(xiàn)[18]則在一根光纖的不同位置分別鍍制金膜和銀膜來(lái)配置兩個(gè)表面等離子體波傳感器,這種離散型傳感結(jié)構(gòu)在理論上可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)參量和位點(diǎn)的同時(shí)檢測(cè),但難以調(diào)節(jié)共振范圍,對(duì)于特定檢測(cè)通道會(huì)出現(xiàn)缺損.文獻(xiàn)[19-20]通過(guò)有機(jī)復(fù)合膜來(lái)調(diào)節(jié)一路SPR工作范圍的分布式光纖SPR.然而,附加層減少了表面波與目標(biāo)相互作用的能量介質(zhì),降低了靈敏度.文獻(xiàn)[21-22]利用光柵在單根光纖中制成多通道SPR傳感器,但基于光柵的SPR傳感器靈敏度較低.1.4微結(jié)構(gòu)光纖微縮集成spr傳感器微結(jié)構(gòu)多芯光纖是在125μm的包層空間中排列多根纖芯的特殊光纖,多芯光纖已實(shí)現(xiàn)了光纖激光器近年來(lái),本課題組在微結(jié)構(gòu)光纖、光纖集成無(wú)源和有源器件、微型光纖傳感器等研究的基礎(chǔ)上提出了“纖維集成光學(xué)”的新概念和新思路,其核心思想是將較復(fù)雜的光路和各種光學(xué)元器件集成到一根微結(jié)構(gòu)光纖中,形成一系列新型、微型、特種器件、組件和系統(tǒng).圍繞以微結(jié)構(gòu)光纖構(gòu)建微縮集成SPR傳感器的思路進(jìn)行初步探索,目的是既能提高SPR傳感器探測(cè)靈敏度,又能解決生物化學(xué)傳感的多通道測(cè)量問(wèn)題.利用微結(jié)構(gòu)光纖實(shí)現(xiàn)SPR傳感器,可大大縮小SPR系統(tǒng)的體積,更易于光學(xué)器件在光纖中的集成,因而具有廣闊的應(yīng)用前景.2高靈敏度單通道微結(jié)構(gòu)光纖spr傳感器2.1單模光纖準(zhǔn)檢測(cè)spr傳感器的基本原理雖然多模光纖SPR傳感器(傳統(tǒng)光纖SPR傳感器)制作容易,且光源注入功率大,但多模光纖中的入射光角度無(wú)法控制.為了滿足Kretschmann棱鏡結(jié)構(gòu)使入射光達(dá)到SPR共振角的要求,通常采用滿注入形式覆蓋一定的角度范圍,但最終得到的共振曲線相當(dāng)于多個(gè)角度激發(fā)的共振曲線的疊加,以致造成共振曲線的展寬,影響傳感器的靈敏度和精度.相比于多模光纖,單模光纖可大大減少纖芯中的模式數(shù)量,且光波在單模光纖中主要以基模形式傳輸,可以有效壓縮SPR共振曲線的寬度,提高傳感靈敏度.同時(shí),單模光纖具有傳輸帶寬大、傳輸色散小、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn).(注:由于光纖中單模和多模的概念通常是針對(duì)某一波段而言的,對(duì)寬譜光源而言,使用單模和多模的概念是不準(zhǔn)確的.為了與常用專業(yè)名詞相符,本文將常用的對(duì)1310nm及以上波長(zhǎng)保持單模傳輸?shù)墓饫w稱為單模光纖,該光纖的典型參數(shù)可參考康寧公司的SM28光纖,下同.)為提高光纖SPR傳感器的靈敏度,提出一種基于錯(cuò)芯焊接技術(shù)的單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感器單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感探針結(jié)構(gòu)如圖4所示.由普通單模光纖和芯徑105μm的階躍折射率多模光纖經(jīng)端面切平研磨成相同角度的錐角結(jié)構(gòu)后以偏移方式焊接制成.在單模光纖錐角斜面上鍍制50nm金膜形成SPR傳感區(qū).寬譜光源從單模光纖注入,在設(shè)計(jì)角度的單模光纖錐角斜面處發(fā)生全反射,則單模光纖錐角斜面上的50nm金膜與傳輸光夾角匹配為SPR共振角而形成Kretchmann棱鏡結(jié)構(gòu),誘發(fā)表面等離子體共振而呈現(xiàn)一個(gè)衰減的反射光譜.信號(hào)光入射至芯徑105μm多模光纖后在多模光纖錐角斜面處再次發(fā)生全反射,然后沿水平方向在多模光纖中傳輸并進(jìn)入光譜儀采集.這種結(jié)構(gòu)的制作方法如下:將單模光纖端面切平整后夾裝在光纖研磨系統(tǒng)上,下壓光纖至研磨盤并使其與研磨盤成α角,則研磨出的光纖錐角角度即為α.先用8000目砂紙將光纖錐角結(jié)構(gòu)研磨到設(shè)計(jì)深度,再用12000目拋光砂紙拋光2h,確保單模光纖錐角結(jié)構(gòu)斜面完全平整.在顯微鏡下,拋磨好的單模光纖錐角結(jié)構(gòu)如圖5(a)所示,取α=15用同樣方法拋制α=15在單模光纖錐角斜面上鍍制50nm金膜,然后將單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR微傳感探針密封在反應(yīng)池中,并配置不同濃度的甘油水溶液.用微量注射泵將針筒中的待測(cè)甘油水溶液注入反應(yīng)池,再把測(cè)量后的廢液排至廢液池.將超連續(xù)譜光源(NKT,Compact)注入探針左側(cè)的單模光纖,則傳輸光在單模光纖錐角斜面上發(fā)生全反射和表面等離子體共振,反射后的信號(hào)光進(jìn)入芯徑105μm階躍折射率多模光纖,并在多模光纖錐角斜面處再次發(fā)生全反射,沿多模光纖水平傳輸.多模光纖將信號(hào)光傳輸至光譜儀(YOKOGAWA,AQ6373B)采集SPR的衰減光譜,并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,如圖6所示.依次向反應(yīng)池中注入折射率為1.333、1.345、1.355、1.365、1.375、1.385的甘油水溶液,得到單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感器對(duì)不同折射率液體的傳感曲線如圖7所示.當(dāng)研磨角度α=12.5在3組研磨角度分別為12.52.2雙芯光纖反射式spr傳感探針復(fù)合傳感探針通過(guò)光纖研磨技術(shù)將微結(jié)構(gòu)雙芯光纖的一端磨制成錐角結(jié)構(gòu),并分別在錐角端面和斜面鍍制50nm金膜和反射膜,可制成雙芯光纖反射式SPR傳感器將雙芯光纖端面切平后夾持在光纖研磨系統(tǒng)上,在兩芯中同時(shí)通入白光以便通過(guò)研磨系統(tǒng)的CCD定位光纖的兩個(gè)纖芯.沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)雙芯光纖,使兩個(gè)纖芯處于堅(jiān)直位置,下壓光纖使其與研磨盤成θ角進(jìn)行研磨.當(dāng)研磨至設(shè)計(jì)深度時(shí)上抬光纖,然后沿軸向?qū)⒐饫w旋轉(zhuǎn)180將磨制完畢的雙芯光纖錐角探針端面向上放置在離子濺射儀金靶下方,鍍制厚500nm的金膜形成反射膜,保證光在水溶液中可以由入射纖芯1反射至出射纖芯2.用光纖研磨系統(tǒng)小心去除錐角探針頂面金膜,并在錐角探針頂面鍍制厚50nm的金膜作為表面等離子體共振膜.鍍膜過(guò)程示意圖如圖10(a)～(c)所示.雙芯光纖反射式SPR傳感探針結(jié)構(gòu)由兩個(gè)對(duì)稱的錐形反射區(qū)及端面?zhèn)鞲袇^(qū)組成,如圖10所示.超連續(xù)譜光源從入射光纖芯1注入,在下方錐形反射區(qū)反射.反射光傳輸至錐角端面?zhèn)鞲袇^(qū),此時(shí)金膜與傳輸光夾角匹配為SPR共振角,形成了Kretchmann棱鏡結(jié)構(gòu),從而發(fā)生表面等離子體共振現(xiàn)象,產(chǎn)生一個(gè)衰減的反射光譜.經(jīng)過(guò)錐角端面?zhèn)鞲袇^(qū)反射的信號(hào)光在上方錐形反射區(qū)發(fā)生第3次反射,由于上下兩錐形反射區(qū)對(duì)稱分布,信號(hào)光將進(jìn)入并沿雙芯光纖上方反射纖芯2傳輸,反射纖芯中的光則送入光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.圖11為雙芯光纖反射式SPR傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖,圖11(b)為精密三維調(diào)整架和顯微鏡物鏡實(shí)現(xiàn)并排緊密放置的兩根單模光纖與雙芯光纖兩纖芯的耦合連接,具有損耗小、耦合后能分別獨(dú)立控制雙芯光纖中光傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn);圖11(c)為雙芯光纖反射式SPR傳感器與PDMS微流芯片復(fù)合圖.圖12(a)給出了水溶液的衰減反射光譜與光源光譜平滑并歸一化的結(jié)果,可以看到反射光譜在718nm處產(chǎn)生了塌陷,于是將兩個(gè)光譜相減可得到SPR光譜.依次通入蒸餾水和不同折射率的甘油水溶液,得到雙芯光纖反射式SPR傳感探針對(duì)液體折射率的響應(yīng)曲線如圖12(b)所示.經(jīng)計(jì)算,雙芯光纖反射式SPR傳感探針SPR光譜對(duì)溶液折射率變化的靈敏度超過(guò)普通通信單模光纖(采用纖芯直徑3.8μm的微結(jié)構(gòu)雙芯光纖,通信單模光纖纖芯直徑為8～9μm),在1.33～1.37折射率測(cè)量范圍內(nèi)得到的平均靈敏度可達(dá)5213nm/RIU.雙芯光纖端面反射式錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感器可在光纖同一端收集入射光和反射光,而光纖另外一端是探針,便于進(jìn)入狹小空間.該傳感器的傳感面位于錐角端面,其優(yōu)勢(shì)在于不必將探針完全浸入待測(cè)溶液,而只需與待測(cè)溶液表面接觸即可傳感.將該傳感器與微流芯片復(fù)合,可有效提高樣品利用率,降低實(shí)驗(yàn)成本.3微結(jié)構(gòu)光纖spr波分復(fù)用技術(shù)3.1偏芯光纖準(zhǔn)分布式多通道spr傳感器透射式單級(jí)錐角結(jié)構(gòu)的偏芯光纖SPR傳感器靈敏度高,可調(diào)節(jié)SPR共振譜工作范圍.將不同角度的偏芯光纖錐角結(jié)構(gòu)探針級(jí)聯(lián)到一起,可形成偏芯光纖分布式SPR傳感器偏芯光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR微傳感探針結(jié)構(gòu)由兩根偏芯光纖端面切平后研磨成相同角度的錐角結(jié)構(gòu)焊接制成,如圖13(a)所示.在左側(cè)偏芯光纖錐角斜面上鍍制50nm金膜形成SPR傳感區(qū).超連續(xù)譜光源從偏芯光纖上側(cè)纖芯注入,在設(shè)計(jì)角度的偏芯光纖錐角斜面處發(fā)生全反射,使偏芯光纖錐角斜面上的50nm金膜與傳輸光夾角匹配為SPR共振角,從而形成Kretchmann棱鏡結(jié)構(gòu),發(fā)生表面等離子體共振.信號(hào)光入射至右側(cè)偏芯光纖后,在偏芯光纖斜面處再次發(fā)生全反射,沿水平方向在右側(cè)偏芯光纖纖芯中傳輸.若設(shè)計(jì)光纖錐角α較大,則可在右側(cè)偏芯光纖錐角斜面處鍍制厚300nm的金膜作為反射膜.光纖纖芯折射率取固定值1.467,金膜厚度取50nm.當(dāng)研磨角為9單級(jí)錐角結(jié)構(gòu)的偏芯光纖SPR傳感器靈敏度高,可通過(guò)不同研磨角度調(diào)節(jié)SPR共振波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)范圍.將不同角度的偏芯光纖錐角結(jié)構(gòu)探針級(jí)聯(lián)到一起,可形成偏芯光纖分布式多通道SPR傳感器,其探針結(jié)構(gòu)如圖15所示.超連續(xù)譜光源注入分布式偏芯光纖探針的第1級(jí)左側(cè)偏芯光纖的入射纖芯,傳輸光在偏芯光纖錐角斜面上發(fā)生全反射和表面等離子體共振,反射后的信號(hào)光進(jìn)入右側(cè)偏芯光纖,并在偏芯光纖錐角斜面處再次發(fā)生全反射,沿第1級(jí)右側(cè)偏芯光纖的出射纖芯水平傳輸.同理,經(jīng)過(guò)第2級(jí)偏芯光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR探針后,第2級(jí)探針右側(cè)偏芯光纖將信號(hào)光傳輸至光譜儀采集SPR的衰減光譜,并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.將分布式偏芯光纖探針第2級(jí)171級(jí)9圖17(a)分別給出了9通過(guò)合理設(shè)計(jì),用偏芯光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感探針可進(jìn)行更多級(jí)的組合,從而實(shí)現(xiàn)更多級(jí)準(zhǔn)分布式以及更多通道的測(cè)量,對(duì)同時(shí)監(jiān)測(cè)不同物質(zhì)的多通道傳感具有重大意義.例如,一個(gè)光纖傳感器可以在少量血液中同時(shí)監(jiān)測(cè)血糖、膽固醇、血紅蛋白等有用特征參量.3.2多模光纖聯(lián)合應(yīng)用的分布式傳感器將單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR傳感器反射光注入多模光纖,并在多模光纖上制作透射式SPR傳感器,可實(shí)現(xiàn)光纖SPR分布式多通道傳感器將單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR探針的反射光注入芯徑125μm階躍折射率塑料包層光纖,并在塑料包層光纖上制作透射式光纖SPR傳感器,可實(shí)現(xiàn)光纖SPR分布式傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖18所示,傳感區(qū)A調(diào)節(jié)SPR其振角度,傳感區(qū)B調(diào)節(jié)金膜厚度.級(jí)聯(lián)多通道光纖SPR探針兩級(jí)選取原則如下:一是在光譜儀檢測(cè)范圍內(nèi)兩級(jí)SPR的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍盡量分開,二是兩級(jí)的共振谷深度盡量一致.選取透射式SPR膜厚35nm,錐角結(jié)構(gòu)研磨角16對(duì)于單模光纖與多模光纖SPR傳感器級(jí)聯(lián)后的分布式多通道探針,無(wú)論是單級(jí)獨(dú)立工作還是兩級(jí)一起工作,其動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度與單級(jí)探針都相同,這表明分布式多通道效果好.通過(guò)調(diào)節(jié)塑料包層光纖透射式SPR傳感探針膜厚和單模光纖錐角結(jié)構(gòu)SPR探針的研磨角度,可簡(jiǎn)便連續(xù)地調(diào)節(jié)兩級(jí)光纖SPR探針的動(dòng)態(tài)范圍,從而進(jìn)行不同動(dòng)態(tài)范圍的分布式組合.針對(duì)不同的測(cè)量環(huán)境使用最適合的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度.通過(guò)鍍制復(fù)合膜或不同的金屬膜等方式有效解決分布式無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍和制作困難的問(wèn)題.3.3測(cè)量原理及測(cè)量角雙芯光纖雙錐形反射分布式SPR探針由上下兩個(gè)不同研磨角度的錐形傳感區(qū)及端面設(shè)計(jì)角度的反射區(qū)組成,如圖20(a)所示圖21為雙芯光纖雙錐形反射分布式SPR探針測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖.將超連續(xù)譜光源通過(guò)耦合裝置注入雙芯光纖的入射光纖芯.入射光在SPR微傳感器探針處發(fā)生3次反射,并于第1次和最后1次反射時(shí)發(fā)生表面等離子體共振.探針的反射光進(jìn)入雙芯光纖的反射光纖芯,再次通過(guò)耦合裝置送入光譜儀采集反射衰減光譜.將SPR探針?lè)庋b在針頭后,將針頭插入微流通道并推出探針使探針尖端浸沒(méi)在待測(cè)液體中.用可編程微量注射泵向微流芯片中注入甘油的水溶液,控制微流芯片使微流通道中的待測(cè)溶液勻速流動(dòng),溶液流過(guò)測(cè)量區(qū)后由廢液區(qū)的導(dǎo)管流入廢液池.圖22(a)和(b)從仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果上給出雙芯光纖錐形反射分布式探針兩傳感面研磨角分別為為164spr微結(jié)構(gòu)復(fù)用技術(shù)4.1光學(xué)測(cè)試與表征空間棱鏡式SPR傳感器實(shí)現(xiàn)多通道最直接的方法是在傳感金屬薄膜表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分,再用各個(gè)劃分出的傳感區(qū)域進(jìn)行多通道傳感,即時(shí)分復(fù)用技術(shù)基于時(shí)分復(fù)用技術(shù)的雙芯光纖雙通道SPR傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖24所示.將超連續(xù)譜光源通過(guò)耦合裝置注入雙芯光纖中的一個(gè)纖芯.入射光分別在SPR微傳感器探針上下對(duì)稱兩錐角結(jié)構(gòu)斜面處發(fā)生兩次全反射,并產(chǎn)生表面等離子體共振.反射光進(jìn)入芯徑125μm塑料包層階躍折射率多模光纖中水平傳輸,并送入光譜儀采集反射衰減光譜.用可編程微量注射泵向反應(yīng)池中注入甘油水溶液,用阿貝折射率分析儀標(biāo)定不同濃度甘油溶液的折射率,并用微量注射泵依次注入微流芯片,采集測(cè)量光譜.通過(guò)耦合裝置的精密轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180圖25(a)給出了研磨角13以四芯光纖代替雙芯光纖可制成四通道反射式光纖SPR傳感器.當(dāng)研磨角分別取10測(cè)試四芯光纖四通道SPR傳感器,研磨角為10七芯光纖反射式三通道SPR傳感器探針結(jié)構(gòu)如圖28所示,該結(jié)構(gòu)由3組分別對(duì)稱的錐角斜面?zhèn)鞲袇^(qū)及端面反射區(qū)組成.超連續(xù)譜光源從任意一組對(duì)稱纖芯的一個(gè)纖芯注入,在錐角結(jié)構(gòu)斜面?zhèn)鞲袇^(qū)發(fā)生全反射,金膜與傳輸光夾角匹配為SPR共振角,從而實(shí)現(xiàn)Kretchmann棱鏡結(jié)構(gòu),發(fā)生表面等離子體共振.反射光傳輸至七芯光纖端面反射區(qū),經(jīng)端面反射區(qū)反射的信號(hào)光在對(duì)稱斜面?zhèn)鞲袇^(qū)發(fā)生第3次反射,由于上下兩錐形反射區(qū)對(duì)稱分布,信號(hào)光將進(jìn)入并沿七芯光纖對(duì)稱纖芯反向傳輸,反射纖芯中的光被送入光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.當(dāng)錐角α分別取104.2波分分區(qū)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的微結(jié)構(gòu)多芯光纖多通道spr傳感器基于光譜的棱鏡SPR傳感器,時(shí)分復(fù)用(TDM)和波分復(fù)用技術(shù)(WDM)是實(shí)現(xiàn)多通道分布式傳感的兩種常用方法.基于波長(zhǎng)調(diào)制的SPR傳感器,時(shí)分復(fù)用技術(shù)通常在棱鏡傳感面上劃分多個(gè)網(wǎng)格,然后移動(dòng)入射光束使其分別照射到各個(gè)網(wǎng)格的分析物上,最后由一套系統(tǒng)對(duì)不同網(wǎng)格上的分析物進(jìn)行多通道分析.而波分復(fù)用技術(shù)一般是在同一棱鏡上制作多個(gè)具有傳感功能的部位,再根據(jù)各個(gè)傳感部位的共振波長(zhǎng)不一致的特征實(shí)現(xiàn)同一檢測(cè)結(jié)構(gòu)上多點(diǎn)的同時(shí)測(cè)量.換句話說(shuō),時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路傳感屬于并行連接幾個(gè)單通道傳感器,而波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多通道屬于串聯(lián)連接多個(gè)單通道傳感器.用波分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行SPR多通道傳感的難點(diǎn)是在有限的光譜儀探測(cè)范圍內(nèi)產(chǎn)生幾個(gè)共振波長(zhǎng)差距較大、易于分辨的共振谷,從而實(shí)現(xiàn)串接的目的.為了解決這個(gè)問(wèn)題,以雙芯光纖構(gòu)建新型光纖SPR傳感器,將時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合,從而使雙芯光纖SPR傳感器具有4個(gè)傳感通道將4個(gè)不同角度的雙芯光纖錐角結(jié)構(gòu)探針級(jí)聯(lián)到一起,可形成波分時(shí)分技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的雙路四通道SPR傳感器.這種傳感器具有復(fù)合后各級(jí)靈敏度與單級(jí)靈敏度相同、分布距離控制方便、四通道SPR傳感器能有效解決在同一傳感區(qū)對(duì)混合物進(jìn)行多種分析物同