光子晶体光纤SPR传感器研究与设计
伴随光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)传感器的广泛应用,基于光子晶体光纤的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感技术也逐渐成为传感领域中的重要发展方向,尤其在生化、液体检测和安全等诸多领域显示出巨大的应用前景。论文主要内容包括:(1)介绍光子晶体光纤表面等离子体共振(PCF-SPR)的研究背景,综述PCF-SPR传感方法的相关研究进展及其发展趋势。
(2)基于磁流体(Magnetic Fluid,MF)材料对温度/磁场双重敏感的特性,优化设计了一种基于六孔PCF的级联结构,基于有限元分析法(Finite Element Method,FEM)分析研究其光场分布和反射光谱,同时结合双波长解调法,研究传感结构参数对温度、磁场传感灵敏度影响因素。(3)综合采用金属纳米线填充技术和金属镀膜技术设计了一种新型PCF-SPR传感器结构,该设计利用金纳米线和金膜产生SPR时的波长不同,结合MF折射率依赖特性实现对温度/磁场的高灵敏度测量。
其温度灵敏度达到-0.1176nm/°C和-0.2269nm/°C,磁场灵敏度达到0.5502nm/mT和1.08nm/mT。(4)优化设计了一种新型PCF-SPR传感器结构,综合利用SPR耦合及缺陷耦合机理,实现了一种简单可行的高灵敏度温度/磁场同时检测方案,其温度灵敏度能达到-1.338nm/°C和-1.575nm/°C,磁场灵敏度能达到4.333nm/mT和2.816nm/mT。
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