Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Hochempfindlicher Brechungsindexsensor basierend auf einem Schichtstapel an der Spitze einer Glasfaser

Everardo Vargas-Rodriguez

Brechungsindexsensoren (RI) sind für verschiedene Biosensoranwendungen wichtig und es gibt mehrere Möglichkeiten, sie zu implementieren. Von diesen sind faseroptische Sensoren sehr interessant, da sie miniaturisiert und in ein einfaches und kleines Gerät integriert werden können. Die faseroptischen Sensoren können auf Bragg-Gittern, Gittern mit langer Periode, Interferometern und Kegeln basieren. Unter diesen ist das Fabry-Perot-Interferometer (FPI) eine sehr beliebte Option, da es auf verschiedene Weise an der Spitze einer Monomodefaser mit einem Durchmesser von 125 μm hergestellt werden kann. Diese Sensoren messen den Brechungsindex des Mediums, das die optische Faser umgibt, das entweder gasförmig oder flüssig sein kann. Daher kann es für einige Anwendungen praktisch sein, den RI-Sensor an der Spitze einer optischen Faser zu haben, da dieser leicht in die Probe eingeführt werden kann. Darüber hinaus hat ein typisches FPI, das an der Spitze der optischen Faser gebildet wird, ein Reflexionsspektrum mit Interferenzen, die in Luft eine Amplitude von 4 % erreichen, und diese Amplitude variiert, wenn der RI der Probe geändert wird. In dieser Arbeit wird ein hochempfindlicher Brechungsindexsensor auf Basis eines neuartigen FPI vorgestellt, der aus einem Stapel von 3 Schichten an der Spitze einer Glasfaser besteht. Dabei erzeugt unser FPI ein Reflexionsspektrum mit Interferenzen, die eine Amplitude von bis zu 60 % erreichen, was erheblich höher ist als das, was normalerweise mit an den Glasfasern gebildeten FPI erreicht wird. Nominell trägt diese Erhöhung des Reflexionsvermögens dazu bei, die Sensorfähigkeiten des Sensors zu verbessern, insbesondere die Auflösung und die Empfindlichkeit. Der Sensor kann im Idealfall einen Brechungsindex von 1 bis 3,4 messen.