表面等離子體共振（SPR）傳感技術是一項基于表面靈敏度分析的新興檢測技術，可有效感應不同折射率的媒質，且其操作方便，靈敏度高，廣泛應用于生物、化學等領域。例如，借助此項技術，只需使用患者的一滴血液，就能檢測出疾病的生物標記，為癌癥和傳染病等提供早期診斷。
光纖SPR傳感器具有結構簡單和低損耗的特點，因此受到廣泛關注。常見的空芯光纖SPR傳感器采用波長檢測方式，通過檢測共振波長來測量折射率。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。隨著科技的進步，人們對檢測分辨率有更高的要求，如何進一步提升傳感器的檢測精度成為需要解決的問題。
近日，復旦大學朱曉松博士課題組提出采用光強檢測SPR傳感方式（如圖1），利用單色光的入射并檢測傳感器的輸出光強與折射率的關系，在靈敏度與波長檢測型傳感器相當的條件下，檢測精度和分辨率提升了2個數量級。具體研究成果發表在光學學報第六期。
圖1 空芯光纖SPR傳感器結構圖（基管材料是石英玻璃，所鍍金屬膜材料為銀，內部空腔為高折射率待檢測液體的流動空間）
實驗中搭建的實驗裝置如圖2所示，上半部分虛線框內為測量SPR傳輸光譜的實驗系統，采用寬譜光源鹵鎢燈和光譜儀，應用于波長檢測型的SPR傳感實驗。鹵鎢燈發出的寬譜光通過多模光纖耦合進入空芯光纖SPR傳感器中，再通過多模光纖跳線導入光譜儀中(iHR550, Horiba)，從而得到傳輸光譜。待測液體在蠕動泵的作用下通過兩個專門制作的液路光路耦合接口器件泵入和泵出空芯光纖，待測液體為在400~800 nm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 搭建的實驗裝置
下半部分虛線框內為用于強度檢測的SPR傳感實驗系統，光源為波長532nm的單色半導體激光，經多模光纖跳線耦合入空芯光纖，采用光功率計(NOVA Ⅱ，OPHIR)測量輸出光強。記錄并分析輸出光強與光纖內充入液體的折射率之間的關系，即可獲得空芯光纖SPR傳感器在強度檢測模式下的性能。
實驗采用的空芯光纖SPR傳感器在其線性工作區域（折射率檢測范圍1.55~1.57）內，最高分辨率達到了5.5*10-6 RIU，相比于波長檢測型空芯光纖SPR傳感器，分辨率提高了２個數量級。
研究人員表示后續將采用多個不同波長的激光同時檢測的方式來實現在不更換空芯光纖的情況下擴大傳感器檢測范圍。
作者課題組合影：從左至右分別為朱曉松、石藝尉、張玙
論文信息：
張玙,朱曉松,石藝尉.光強檢測型空芯光纖表面等離子體共振傳感器[J].光學學報,2017,37(6):0606001.
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