温度自补偿的侧边抛磨型光纤SPR传感器

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人体血糖连续监测对糖尿病的诊断、治疗有重要意义。目前,植入式酶电极传感器广泛用于临床上的血糖连续性监测。然而植入式酶电极传感器有两个缺陷:酶电极传感器的信号易受到人体生物电的影响;酶与葡萄糖反应会消耗部分葡萄糖,这会使得低血糖检测困难。为了克服这两个缺陷,本文设计了温度自补偿的侧边抛磨型光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器。传统光纤SPR传感器的灵敏度较低且光谱信号易受温度影响。该传感器采用侧边抛磨型结构,即传感区抛磨为一平面结构,这使得光纤表面修饰技术易实现,为增强传感器的灵敏度奠定了基础;集成长周期光纤光栅,这使得传感器能自动补偿温度引起的SPR光谱的漂移,增强了传感器的测量准确度。论文主要工作包括如下几个方面:(1)传感器结构设计与模拟。依据理论分析设计了传感器的整体结构。采用COMSOL多物理场的模式分析模块对侧边抛磨型光纤SPR结构参数进行了模拟仿真。确定了传感器的最佳结构参数:抛磨区域长度、剩余包层厚度、铬层厚度、金层厚度。依据长周期光纤光栅(Long period fiber grating,LPFG)温度测量理论,确立了LPFG的最佳参数。(2)传感器的制作。首先采用二氧化碳激光器刻写LPFG。其次采用轮式抛磨机抛磨光纤形成侧边抛磨结构。然后采用真空物理气相沉积工艺将铬、金蒸镀在抛磨平面上。最后对传感器进行了封装。(3)传感器特性检测。建立了评价传感器性能的测量系统。开展了LPFG与SPR温度实验、SPR葡萄糖浓度实验。实验结果显示:LPFG共振波长随温度增加而增加(线性拟合度为0.93514),SPR共振波长随温度增加而减小(线性拟合度为0.90122),SPR共振波长随葡萄糖浓度增加而增加(线性拟合度为0.96134),采用的温度补偿方案可以补偿温度引起的SPR光谱偏移,增强传感器的测量准确度。
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