基于有源微管的谐振式光微流体传感装置和方法

摘要

基于有源微管的谐振式光微流体传感装置和方法包括：泵浦和辅助定位光源，光纤耦合器，准直扩束、聚焦装置，角度调节台，耦合棱镜，有源微管，夹持架和光谱分析装置。泵浦光源为激光提供泵浦光；准直装置和耦合棱镜用于使泵浦光耦合进入有源微管；有源微管是掺有增益介质的微管，构成激光的谐振腔，同时也是传感通道和待测流体传送通道；聚焦装置和光谱分析装置用于收集和分析有源微管耦合出射的激光，实现传感。该传感装置采用有源微管作为光微流体谐振腔，实现了谐振腔、传感通道和流体传送通道的一体化，具有集成优点；同时利用掺杂增益介质产生激光，大大减小光谱谱线宽度，提高了传感器探测能力。该装置能用于多种途径，已有技术可批量生产。

主权项

一种基于有源微管的谐振式光微流体传感装置，其特征在于该传感装置包括：泵浦光源：采用980nm单模或多模激光器，为有源微管提供泵浦光，以实现微管内部掺杂介质的粒子数反转分布，若使用单模激光器，光源输出功率0~850mw；若使用多模激光器，其中单个模式输出功率0~850mw；辅助定位光源：采用650nm半导体激光光源，用作定位泵浦光耦合位置的参考光源；光纤耦合器：用于将泵浦光源和辅助定位光源所发出的光合成一束并传输到准直扩束装置中；准直扩束装置：用于对光纤耦合器传输过来的光进行准直扩束，形成平行光；角度调节台：准直扩束装置安装在角度调节台标有刻度的半圆形轨道上；通过改变准直扩束装置在轨道上的位置改变入射光的角度，控制泵浦光在微管中激发出的谐振模式，进而对谐振模式进行选择；耦合棱镜：准直扩束装置中出射的平行光以一定角度射入耦合棱镜表面并发生全反射，全反射时产生的倏逝波耦合进入有源微管中，有源微管与棱镜端面平行且间距在50~100nm之间；有源微管：安装在有源微管夹持架上，耦合棱镜全反射产生的倏逝波耦合进入有源微管中；微管成分为掺有增益介质的石英，有掺铒、掺镱、铒镱共掺三种掺杂方式；有源微管一方面作为产生激光的谐振腔和工作介质，在该有源微管管壁内，满足谐振条件的光波长形成稳定的能量分布模式，并在微管内表面附近形成倏逝场以进行光微流体传感；另一方面还作为样品的输送通道，在微管内腔中输送待测样品；有源微管夹持架：用于夹持有源微管，并调节与耦合棱镜的耦合距离；聚焦装置：有源微管中出射的信号光被聚焦装置收集并输入到光谱分析装置，聚焦装置安装在角度调节台的半圆形轨道上；光谱分析装置：用于分析聚焦装置收集的信号光光谱，通过检测光谱中谐振峰的漂移量，实现对待测样品浓度的检测。