(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211069688.X (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 王艳琼　龚元　刘艺玲　张雅馨　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 专利代理师 陈一鑫 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) G02B 6/02(2006.01) G06K 19/077(2006.01) (54)发明名称 集成生化传感和随机标签双功能的光纤微 腔激光装置 (57)摘要 该发明公开了集成生化传感和随机标签双 功能的光纤微腔激光装置， 涉及激光传感器领 域。 本发明利用空芯光子带隙光纤， 当泵浦光照 射到本发明光纤上时， 因为本发 明光纤内壁具有 的高低折射率交替薄膜构成的布拉格 反射结构， 可以作为法布里 ‑珀罗腔， 形成激光谐振； 因为布 拉格反射结构的特性， 短波长的激光透过法布 里‑珀罗腔被包层中的随机微结构反射回腔内， 发生自混合干涉， 从而产生随机纵模信号。 具有 检测单元体积小、 检测样品用量小、 标签编码容 量大等特点。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115468912 A 2022.12.13 CN 115468912 A 1.集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 该装置包括泵浦光源模块I、 样品控制和检测模块 II、 信号收集处 理模块III， 共三个部分： 所述泵浦光源 模块I用于给样品控制和检测模块 II提供泵浦激光； 所述样品控制和检测模块II包括： 电动位移台(5)和空芯光子带隙光纤(6)； 所述空芯 光子带隙光纤(6)内壁有布拉格反射结构， 光纤包层中沿光纤轴向每个截面都嵌有随机微 结构； 所述泵浦激光垂直入射到空芯光子带隙光纤(6)， 产生光信号输出； 在低能量激光泵 浦下， 产生的激光信号A纵模波长间隔均匀且稳定， 装置用于生化传感； 在高能量激光泵浦 下， 产生的激光信号B的纵模波长间隔随机且随光纤位置随机改变， 装置用于产生大容量随 机标签； 所述低能量激光泵浦与高能量激光泵浦的界限为E， E大于15 μJ/mm2； 所述电动位移 台(5)将精确沿轴向移动空芯光子带隙光纤(6)， 在光纤不同位置得到多组随机光信号输 出； 当装置用于生 化传感时， 对产生的激光 光谱结果进行积分处 理； 当装置用于产生大容量随机标签时， 将产生的激光光谱转换为二进制字符串； 光纤不 同位置得到的多组光信号输出转化为多组相同位数的二进制字符串， 形成一个二 维随机二 进制标签。 2.如权利要求1所述的集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征 在于， 所述泵浦光源模块I包括： 脉冲激光器(1)、 分束器(2)、 能量计(3)、 柱面透镜(4)， 所述 脉冲激光器(1)输出泵浦激光， 经过分束器(2)后 分为垂直的两束， 其中一束入射到能量计 (3)， 实时监测光束 能量； 另一束激光经过柱面透镜(4)， 形成条形光斑， 垂直会 聚于空芯光 子带隙光纤(6)上； 所述信号收集处理模块III包括： 可调中性滤光片(7)、 收集元件(8)、 传输光纤(9)、 光 谱分析仪(10)和计算机(11)； 所述可调中性滤光片(7)将信号光进行可调衰减， 收集元件 (8)对信号光进行会 聚收集并耦合至传输光纤(8)中， 进一步传输至光谱分析仪(10)， 光谱 结果将被传输 到计算机(1 1)中并根据所需功能进行 数据处理。 3.如权利要求1所述的集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征 在于， 当装置用于产生大容量随机标签时， 在高能量激光泵浦下， 取激光信号B的一段， 将该 端激光光谱转化为二维随机二进制标签的规则如下： 步骤1： 找到光谱中激光纵模强度最高的幅值， 将该幅值的10％为阈值； 再找到光谱中 所有激光纵模强度高于阈值的波长位置； 步骤2： 将波长范围以0.38nm为间隔划 分为50个波长区间， 并对应50位二进制字符， 其 中前49个区间为左闭右开区间， 最后一个区间为闭区间； 步骤3： 如果步骤1中得到的波长位置处于某个波长区间， 则此区间对应的比特位为数 码“1”， 否则为数码 “0”； 步骤4： 光纤不同位置得到的N组光信号输出按照步骤1 ‑3转化为N组长度相同的二进制 字符串， 得到50 ×N的二维数码矩阵， 形成一个二 维随机二进制标签； 其中N值可以根据应用 需求调整、 扩展， 得到编码容 量为250×N的二维随机二进制标签。 4.如权利要求1所述集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征在 于， 所述空芯光子带隙光纤(6)内壁的布拉格反射结构在620nm至720nm反射 率大于80％。 5.如权利要求1所述集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115468912 A 2于， 所述脉冲激光器(1)波长在400nm到800nm之间连续可调， 输出脉冲激光能量在1 μJ到1mJ 之间连续可调。 6.如权利要求1所述集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征在 于， 输出激光信号时， 激光信号A的泵浦阈值小于 激光信号B的泵浦阈值。 7.如权利要求1所述集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征在 于， 激光信号A的中心波长比激光信号B的中心波长长， 且激光信号A和 激光信号B的带宽没 有重叠。 8.如权利要求1所述集成生化传感和随机标签双功能的光纤微腔激光装置， 其特征在 于， 光纤包层中沿光纤轴向嵌有 多个空气通道， 每 个空气通道的截面形状随机 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115468912 A 3