研究人員將傳感器的檢測(cè)精度提高100倍

　　表面等離子體共振(SPR)傳感技術(shù)是一項(xiàng)基于表面靈敏度分析的新興檢測(cè)技術(shù)，可有效感應(yīng)不同折射率的媒質(zhì)，且其操作方便，靈敏度高，廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)等領(lǐng)域。例如，借助此項(xiàng)技術(shù)，只需使用患者的一滴血液，就能檢測(cè)出疾病的生物標(biāo)記，為癌癥和傳染病等提供早期診斷。

　　光纖SPR傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和低損耗的特點(diǎn)，因此受到廣泛關(guān)注。常見(jiàn)的空芯光纖SPR傳感器采用波長(zhǎng)檢測(cè)方式，通過(guò)檢測(cè)共振波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量折射率。由于傳輸光譜中SPR 共振峰寬度較寬，傳感器的靈敏度雖然較高，但分辨率一般。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)檢測(cè)分辨率有更高的要求，如何進(jìn)一步提升傳感器的檢測(cè)精度成為需要解決的問(wèn)題。

　　近日，復(fù)旦大學(xué)朱曉松博士課題組提出采用光強(qiáng)檢測(cè)SPR傳感方式(如圖1)，利用單色光的入射并檢測(cè)傳感器的輸出光強(qiáng)與折射率的關(guān)系，在靈敏度與波長(zhǎng)檢測(cè)型傳感器相當(dāng)?shù)臈l件下，檢測(cè)精度和分辨率提升了2個(gè)數(shù)量級(jí)。具體研究成果發(fā)表在光學(xué)學(xué)報(bào)第六期。

　　圖1 空芯光纖SPR傳感器結(jié)構(gòu)圖(基管材料是石英玻璃，所鍍金屬膜材料為銀，內(nèi)部空腔為高折射率待檢測(cè)液體的流動(dòng)空間)

　　實(shí)驗(yàn)中搭建的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，上半部分虛線框內(nèi)為測(cè)量SPR傳輸光譜的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用寬譜光源鹵鎢燈和光譜儀，應(yīng)用于波長(zhǎng)檢測(cè)型的SPR傳感實(shí)驗(yàn)。鹵鎢燈發(fā)出的寬譜光通過(guò)多模光纖耦合進(jìn)入空芯光纖SPR傳感器中，再通過(guò)多模光纖跳線導(dǎo)入光譜儀中(iHR550,Horiba)，從而得到傳輸光譜。待測(cè)液體在蠕動(dòng)泵的作用下通過(guò)兩個(gè)專門制作的液路光路耦合接口器件泵入和泵出空芯光纖，待測(cè)液體為在400~800nm波段透明的不同濃度的甲基苯基硅油與煤油的混合溶液。

　　圖2 搭建的實(shí)驗(yàn)裝置

　　下半部分虛線框內(nèi)為用于強(qiáng)度檢測(cè)的SPR傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，光源為波長(zhǎng)532nm的單色半導(dǎo)體激光，經(jīng)多模光纖跳線耦合入空芯光纖，采用光功率計(jì)(NOVA Ⅱ，OPHIR)測(cè)量輸出光強(qiáng)。記錄并分析輸出光強(qiáng)與光纖內(nèi)充入液體的折射率之間的關(guān)系，即可獲得空芯光纖SPR傳感器在強(qiáng)度檢測(cè)模式下的性能。

　　實(shí)驗(yàn)采用的空芯光纖SPR傳感器在其線性工作區(qū)域(折射率檢測(cè)范圍1.55~1.57)內(nèi)，最高分辨率達(dá)到了5.5*10-6 RIU，相比于波長(zhǎng)檢測(cè)型空芯光纖SPR傳感器，分辨率提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　研究人員表示后續(xù)將采用多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光同時(shí)檢測(cè)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在不更換空芯光纖的情況下擴(kuò)大傳感器檢測(cè)范圍。