表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, 简称SPR)是发生在金属和电介质界面的一种物理光学现象。由于SPR现象对光的入射条件以及环境介质的介电常数变化极其敏感,SPR传感技术以其高灵敏度、免标记、非破坏性、可远程实时在线监测等优点,在生化传感领域得到了各国研究者的持久关注。传统的光纤SPR传感器,通常需要将普通光纤进行腐蚀包层或拉锥等预处理,再在裸露的纤芯上镀一层厚度均匀的金属膜作为表面等离子体波的载体。近年来,一种新型的光纤——光子晶体光纤,以其天然的多孔结构、设计的灵活性和多样性,在解决传统光纤SPR传感器的相位匹配和封装问题上提供了完美的解决方案。
武汉光电国家实验室夏历副教授和刘德明教授带领的光纤传感团队首次设计出一种利用多芯光子晶体光纤的SPR折射率传感器,同时系统研究了该光纤中的模式耦合特性。该设计中,单个镀膜样品通道位于整个光纤横截面的正中央,周围的六个固体纤芯围绕样品通道按正六边形规则排列。这种独特的结构设计既避免了传统光子晶体光纤SPR传感器中相邻紧密排列的镀膜样品通道之间的相互干涉,又保证了传感器的偏振无关性,不需要使用偏振控制单元。他们研究发现,光纤的模式耦合特性显著地受到液体折射率变化的影响。随着液体折射率的增加,SPR传感器的共振波长向长波长方向移动,同时,光纤基模与等离子体模式的耦合由不完全耦合过渡到完全耦合。该传感器在较大的动态折射率测量范围(1.33-1.53)内具有较高的线性度,相比于当前同类传感器而言性能得到了显著地提高。
该项工作的得到了中新(加坡)国际合作项目(2009DFA12640)及华中科技大学专业人才创新基金(0124182015)的资助。该研究成果于Optics Express Vol.20, No.6, pp.5974-5986 (2012)上发表。
(责任编辑:陈智敏)