第33卷，第1期 2013年1月
光谱学与光诺分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.33,No.1,pp261-265
January，2013
基于纳米覆膜光纤F-P传感器的折射率光谱特性
姜明顺1,2，李秋顺3，隋青美"，贾
重磊，彭蓬
1.山东大学控制科学与工程学院，山东济南250061 2.究矿集团有限公司博士后工作站，山东邹城273500 3山东省科学院生物研究所，山东济南250014
摘要采用层层组装和化学共价交联的方法对光纤Fabry-Perot（F-P)干涉传感器的端面进行了纳米聚电介质覆膜修饰，并实验研究了覆膜后传感器的折射率响应光谱特性。选择象二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和案苯乙烯磺酸钠(PSS)为纳米覆膜材料，随着覆膜层数的增加，光纤F-P传感器的反射谱对比度呈现由高到低，再到高的规律，且反射谱对比度具有良好的温度稳定性。选取覆膜层数为20双层的光纤F-P传感器对一系列浓度的蔗糖和无机溶液进行了折射率光谱响应测试，实验测得折射率检测拐点由1.457延伸至 1.4623，对低折射率物质的折射率灵敏度为24.53dB·RI-1，对高折射率物质的折射率灵敏度为3.60dB· RI-1，且均具有良好的线性。研究结果为光纤F-P传感器对低折射率物质的功能化检测提供了新方法。
同光纤F-P传感器；折射率；案电解质多层膜；自组装；生物传感器
关键词
中图分类号：TN253
引言
文献标识码：A
DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2013)01-0261-05
材料的交替吸附在基底形成纳米超薄膜的常用方法[10-12]。将光纤F-P传感器通过端面纳米覆膜修饰后，再使分子识别元件和待测物质特异性结合，发生生物化学反应，从而达到分
折射率是物质的重要光学基本属性之一，借助折射率，人们可以了解溶液的光学性能，同时有助于了解溶液的纯度、浓度以及黏度等其他物理性质。光纤传感器因体积小、分辨率高等特点在折射率传感领域有着重要的应用。例如光纤表面等离子体共报传感器，长周期光纤光栅，化学腐蚀布拉格光纤光栅，光微谐振腔，光子晶体等类型1-3)，通过测量谐振波长的移动变化获得对应的折射率，表现出从几百纳米到几千纳米/外界折射率的高灵敏度，但是具有对环境折射率变化的非线性响应、相对较大的温度较差敏感以及有限的测量范围等缺点})。基于多光束干涉原理的光纤F-P(Fab ry-Perot)干涉仪作为一种极高精度的传感器，已经被广泛地应用于位移、应变、压力、温度、液体的折射率和浓度等物理量的微小变化的测量(门。
光纤F-P传感器对于所有能引起周围介质折射率变化的物质都有光谱响应，不具备选择性，因此若要有针对性的探测待测生物物质的浓度，需在光纤末端或表面上固定有免疫(生物)材料讯号生成层，并借助光导纤维进行光信号传递"幻。静电层层组装是一种基于含有大量的电荷或官能团
收稿日期：2012-05-08，修订日期：2012-08-20
析检测的目的。
本研究在分析光纤F-P传感器折射率检测原理的基础上，采用层层自组装技术和化学共价交联相结合的PDDA/ PSS聚电解质覆膜制备方法对传感器端面进行修饰改性，研究了纳米覆膜层数与传感器反射谱对比度之间的关系，并对其温度特性进行了实验验证。然后，对纳米覆膜后的光纤F P传感器进行了一系列的溶液折射率检测光谱特性测试。传感器表现出了良好的折射率响应特性，结果表明其在折射率检测，尤其生物分子浓度检测领域的应用有着重要的意义。
1原理
光纤F-P传感器的结构如图1所示，在单模光纤头处利用飞秒激光制备空气腔，形成F-P结构，光纤头插入待测介质中测量其折射率。
传感头可视为两个F-P腔，共有三个反射面，分别用1， 2和3标示。反射面1和反射面2形成一个腔长较短的空气 F-P腔，其长度为L；反射而2和3形成另个F-P腔，长
基金项目：国家自然科学基金项目（61174018)，山东省自然科学基金（青年基金）项目（ZR2011FQ025)和山东大学自主创新基金项目
(2010GN066)
作者简介：姜明顺，1981年生，山东大学控制科学与工程学院讲师万方数据
e-mail; jiangmingshun@sdu, edu, cn