【摘 要】
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光纤传感器由于其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、适用于原位连续监测等优点,被广泛地应用于各种传感领域,如人体医学、环境监测、食品安全监测等。微纳光纤由于其直径接近于或小于传导光波的波长,具有强倏逝场、低传输损耗、机械强度高、柔韧性好、更快的响应速度以及更好的灵活性且结构更为小型化。这些优势也让微纳光纤传感器在生化传感领域受到了广泛的关注。在此背景下,本文设计、研究了几种应用于生化传感领域的高灵敏度微
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光纤传感器由于其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、适用于原位连续监测等优点,被广泛地应用于各种传感领域,如人体医学、环境监测、食品安全监测等。微纳光纤由于其直径接近于或小于传导光波的波长,具有强倏逝场、低传输损耗、机械强度高、柔韧性好、更快的响应速度以及更好的灵活性且结构更为小型化。这些优势也让微纳光纤传感器在生化传感领域受到了广泛的关注。在此背景下,本文设计、研究了几种应用于生化传感领域的高灵敏度微纳光纤传感器,主要研究的内容和成果如下:一、系统介绍了微纳光纤光学传输特性理论及倏逝波理论。从麦克斯韦方程组出发,建立了在假设条件成立的情况下微纳光纤的导模理论模型,给出了倏逝波在导模中的占比。从倏逝波理论得到倏逝波的透射深度,且倏逝场强度随光纤直径的减小而增强,进而提高传感器灵敏度。并采用光束传播法（BPM）,模拟计算了拉锥侧抛光纤结构和单模-无芯-单模光纤结构的传输光场分布情况。二、利用自制的光纤侧边抛磨系统及商用氢氧焰拉锥系统制备了一种新型的基于拉锥侧抛微纳光纤结构传感器。研究了该传感器的折射率响应和温度响应,当锥腰直径为6.3μm时,其折射率灵敏度最大可达14219.61 nm/RIU,温度灵敏度为-0.01572 nm/℃。并利用光纤表面生物膜的修饰方法,在传感器表面修饰50μg/m L的h CG-β-Amb抗体,通过抗体抗原之间的特异性结合原理实现了一种高灵敏的h CG生物传感器,其最低检测极限可达0.058 m IU/m L。该拉锥侧抛光纤传感器参数设计灵活,性能可调,成本低,灵敏度高,检测极限低,具有可重复性,在生物检测方面具有广泛的应用前景。三、提出一种单模-无芯-单模光纤干涉仪氢气传感器结构,该结构采用小芯径无芯光纤（直径62.5μm）。研究结果表明无芯光纤的长度对传感器折射率灵敏度影响不明显。通过高真空离子束镀膜技术在光纤干涉仪表面蒸镀氢气敏感材料Pd膜,应用于氢气痕量检测。当氢气浓度从0%vol增加到4%vol时,其线性区的灵敏度为0.292 nm/%vol,初步实现了氢气的高灵敏度传感。
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