基于表面等离子体共振和定向耦合的光子晶体光纤传感
本文选题:光子晶体光纤传感 + 表面等离子体共振 ; 参考:《南京邮电大学》2015年硕士论文
【摘要】:光子晶体光纤因其灵活多变的结构和独特新颖的特性在传感领域受到了广泛的关注,光子晶体光纤传感器具有体积小、结构简单、可在线远距离实时检测等优点,在食品检测、生化药剂以及环境检测等领域都有广泛的应用前景。而基于表面等离子体共振效应的光子晶体光纤传感技术和基于定向耦合效应的光子晶体光纤传感技术也因其超高的灵敏度受到广泛的关注和研究。因此对基于这两种效应的光子晶体光纤传感特性的研究具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了基于表面等离子共振效应和定向耦合效应两种机制的光子晶体光纤折射率传感结构,使用全矢量有限元软件COMSOL Multiphysics在完美匹配层的边界条件配合下对该传感光纤的特性进行仿真分析,同时对影响光子晶体光纤折射率传感特性的参量进行分析讨论。该传感器在低折射率区(nanbg)即1.32~1.44的范围内灵敏度最高可达13500nm/RIU,高折射率区(nanbg)即1.46~1.52时折射率灵敏度可达28700nm/RIU,提高了折射率传感的动态检测范围和灵敏度。此外,本文针对折射率的测量容易受到温度的影响以及在光子晶体光纤空气孔中镀膜的困难性和将空气孔作为微流体通道造成的重复检测使用不便等问题,提出了基于表面等离子体共振和定向耦合的D型结构光子晶体光纤双参量传感器。该传感器在-10oC~80oC的范围内具有11.6nm/oC的温度灵敏度,在1.34~1.44的折射率范围内灵敏度最高可达26000nm/RI U。该折射率和温度双参量传感器在在浓度测量、环境检测、生化反应检测等领域具有较大的潜在应用价值。
[Abstract]:Photonic crystal fiber (PCF) has attracted wide attention in the field of sensing because of its flexible and changeable structure and unique characteristics. PCF sensor has the advantages of small size, simple structure, on-line long-distance real-time detection and so on, so it can be used in food detection. Biochemical agents and environmental detection have a wide range of application prospects. However, photonic crystal fiber sensing technology based on surface plasmon resonance effect and photonic crystal fiber sensing technology based on directional coupling effect have also received extensive attention and research because of its high sensitivity. Therefore, the research on the sensing characteristics of photonic crystal fiber based on these two effects is of great significance and application value. In this paper, a photonic crystal fiber refractive index sensing structure based on surface plasmon resonance effect and directional coupling effect is proposed. The full-vector finite element software COMSOL Multiphysics is used to simulate the properties of the sensing fiber under the boundary condition of perfectly matched layer, and the parameters affecting the refractive index sensing characteristics of photonic crystal fiber are analyzed and discussed. The sensor has the highest sensitivity of 13500 nm / r IUand the high refractive index region of 1.46 ~ 1.52 in the low refractive index region (1.32 ~ 1.44), and the refractive index sensitivity of 1.46 ~ 1.52 is 28700nm / r RIU. the dynamic detection range and sensitivity of the refractive index sensor are improved. In addition, the measurement of refractive index is vulnerable to the influence of temperature, the difficulty of coating in the air hole of photonic crystal fiber and the inconvenience of repeated detection caused by using air hole as a micro-fluid channel. A D type photonic crystal fiber double parameter sensor based on surface plasmon resonance (SPR) and directional coupling is proposed. The sensor has the temperature sensitivity of 11.6nm/oC in the range of -10oC ~ 80oC and the highest sensitivity of 26000nm/RI U in the refractive index range of 1.34 ~ 1.44. The dual parameter sensor of refractive index and temperature has great potential application value in the field of concentration measurement, environmental detection, biochemical reaction detection and so on.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN253
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本文编号:1895615
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