基于光子晶体光纤电磁传感的研究
发布时间：2022-02-09 12:16
光子晶体光纤因其结构上的独特性和设计上的灵活性,可在其空气孔内选择性填充各类敏感介质,使光纤的传输及模式特性发生改变,从而设计出高灵敏度的可调谐器件,在传感领域尤显优势——抗电磁干扰、集传感和传输于一身,从而为设计高性能传感器提供了新思路,因此进行填充型混合机制光子晶体光纤传感的研究具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了一种基于表面等离子共振效应的液晶填充光子晶体光纤电压传感结构,采用全矢量有限元软件COMSOL Multiphysics对所设计PCF结构的传感特性进行了仿真模拟和数值分析,并讨论了光子晶体光纤结构参数对电压传感特性的影响。通过优化得到单一空气孔镀有40nm纳米金薄膜、空气孔直径为0.42Λ、孔间距为8μm的三层空气孔PCF结构,在050V低电压范围内电压传感灵敏度最高可达1.94nm/V,且在36V安全电压以内具有很好的线性度。在此基础上,设计出了一种基于表面等离子共振和定向耦合效应的填充型光子晶体光纤电磁双参量传感结构,对该结构的电磁传感特性进行了仿真模拟和数值分析,并对PCF结构参数进行了优化,最终取得较高灵敏度。在902
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PCF典型结构
体（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效应进测，并在生物领域得以应用。由于 SPR 传感器灵敏度较高，逐渐成为了研究的热于SPR效应的传感器需要入射光波与表面等离子体发生共振耦合，因此应借助辅助所用器件种类的不同，可将 SPR 传感器分为棱镜型[47-48]、光栅型[49]和光纤型[50]，论光纤型 SPR 传感器（PCF-SPR）。根据金属在 PCF 位置的不同，可将 PCF-SPR 传感器分为三种类型：空气孔内表SPR 传感器[51-52]、外表面镀膜 PCF-SPR 传感器[53]和纳米线 PCF-SPR 传感器[54-55]最多的内表面镀膜传感器包括纤芯空气孔镀膜结构、悬芯结构、大半圆结构和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 传感器，如图 1.2 所示，纤芯处作用是减小纤芯有效折射率，从而有利于满足 SPR 共振条件；直到 2011 年，Guan 改进设计了一种六角结构 PCF-SPR 传感器，两层空气孔被简化为一层空气孔，使制备难度大幅降低。该传感器在折射率 1.33-1.345 范围内灵敏度达到 1000nm/RIU
体（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效应进测，并在生物领域得以应用。由于 SPR 传感器灵敏度较高，逐渐成为了研究的热于SPR效应的传感器需要入射光波与表面等离子体发生共振耦合，因此应借助辅助所用器件种类的不同，可将 SPR 传感器分为棱镜型[47-48]、光栅型[49]和光纤型[50]，论光纤型 SPR 传感器（PCF-SPR）。根据金属在 PCF 位置的不同，可将 PCF-SPR 传感器分为三种类型：空气孔内表SPR 传感器[51-52]、外表面镀膜 PCF-SPR 传感器[53]和纳米线 PCF-SPR 传感器[54-55]最多的内表面镀膜传感器包括纤芯空气孔镀膜结构、悬芯结构、大半圆结构和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 传感器，如图 1.2 所示，纤芯处作用是减小纤芯有效折射率，从而有利于满足 SPR 共振条件；直到 2011 年，Guan 改进设计了一种六角结构 PCF-SPR 传感器，两层空气孔被简化为一层空气孔，使制备难度大幅降低。该传感器在折射率 1.33-1.345 范围内灵敏度达到 1000nm/RIU
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于酒精与磁流体填充的单模-空芯-单模光纤结构温度磁场双参数传感器[J]. 赵勇,蔡露,李雪刚,吕日清. 物理学报. 2017(07)
[2]基于SPR效应和缺陷耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场与温度传感器[J]. 朱晟昦,谭策,王琰,高源,董碧成,马翰林,刘海. 中国激光. 2017(03)
[3]基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器[J]. 施伟华,尤承杰,吴静. 物理学报. 2015(22)
[4]基于焦耳热的光纤布喇格光栅电压传感器研究[J]. 米林,杨德兴,姜亚军,王美蓉,郭钰宁,屈俊荣. 光子学报. 2014(09)
[5]反射式掺杂液晶光子晶体光纤电场传感实验研究[J]. 孟庆莹,任广军,李敬辉,姚建铨. 光电子.激光. 2012(09)
[6]双孔光子晶体光纤光学电压传感方案研究[J]. 芦鑫,毕卫红,麻硕,刘丰. 中国激光. 2011(11)
[7]微孔光纤表面等离子体共振传感特性分析[J]. 关春颖,苑立波,史金辉. 光学学报. 2011(02)
[8]光子晶体光纤拉制中工艺参数的控制[J]. 郭铁英,娄淑琴,李宏雷,简水生. 物理学报. 2009(09)
[9]基于压电陶瓷的高灵敏度光纤光栅电压传感器[J]. 钟丽娜,孙洪雷. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(01)
[10]利用改进的堆积法制备微结构光纤[J]. 郭巍,周桂耀,倪永婧,侯蓝田. 光电子·激光. 2006(09)
博士论文
[1]多芯光子晶体光纤激光器及光子晶体光纤表面等离子体共振传感研究[D]. 郑一博.天津大学 2012
硕士论文
[1]基于不同填充方式的光子晶体光纤磁场和温度传感的研究[D]. 尤承杰.南京邮电大学 2016
[2]全光纤干涉式电磁场传感器研究[D]. 韩猛.重庆大学 2012
[3]光子晶体光纤光栅传感特性的研究[D]. 刘耀辉.南京邮电大学 2011
[4]液晶光子晶体光纤的传感机理研究[D]. 杨杨.北京交通大学 2010
本文编号：3616989
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PCF典型结构
体（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效应进测，并在生物领域得以应用。由于 SPR 传感器灵敏度较高，逐渐成为了研究的热于SPR效应的传感器需要入射光波与表面等离子体发生共振耦合，因此应借助辅助所用器件种类的不同，可将 SPR 传感器分为棱镜型[47-48]、光栅型[49]和光纤型[50]，论光纤型 SPR 传感器（PCF-SPR）。根据金属在 PCF 位置的不同，可将 PCF-SPR 传感器分为三种类型：空气孔内表SPR 传感器[51-52]、外表面镀膜 PCF-SPR 传感器[53]和纳米线 PCF-SPR 传感器[54-55]最多的内表面镀膜传感器包括纤芯空气孔镀膜结构、悬芯结构、大半圆结构和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 传感器，如图 1.2 所示，纤芯处作用是减小纤芯有效折射率，从而有利于满足 SPR 共振条件；直到 2011 年，Guan 改进设计了一种六角结构 PCF-SPR 传感器，两层空气孔被简化为一层空气孔，使制备难度大幅降低。该传感器在折射率 1.33-1.345 范围内灵敏度达到 1000nm/RIU
体（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效应进测，并在生物领域得以应用。由于 SPR 传感器灵敏度较高，逐渐成为了研究的热于SPR效应的传感器需要入射光波与表面等离子体发生共振耦合，因此应借助辅助所用器件种类的不同，可将 SPR 传感器分为棱镜型[47-48]、光栅型[49]和光纤型[50]，论光纤型 SPR 传感器（PCF-SPR）。根据金属在 PCF 位置的不同，可将 PCF-SPR 传感器分为三种类型：空气孔内表SPR 传感器[51-52]、外表面镀膜 PCF-SPR 传感器[53]和纳米线 PCF-SPR 传感器[54-55]最多的内表面镀膜传感器包括纤芯空气孔镀膜结构、悬芯结构、大半圆结构和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 传感器，如图 1.2 所示，纤芯处作用是减小纤芯有效折射率，从而有利于满足 SPR 共振条件；直到 2011 年，Guan 改进设计了一种六角结构 PCF-SPR 传感器，两层空气孔被简化为一层空气孔，使制备难度大幅降低。该传感器在折射率 1.33-1.345 范围内灵敏度达到 1000nm/RIU
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于酒精与磁流体填充的单模-空芯-单模光纤结构温度磁场双参数传感器[J]. 赵勇,蔡露,李雪刚,吕日清. 物理学报. 2017(07)
[2]基于SPR效应和缺陷耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场与温度传感器[J]. 朱晟昦,谭策,王琰,高源,董碧成,马翰林,刘海. 中国激光. 2017(03)
[3]基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器[J]. 施伟华,尤承杰,吴静. 物理学报. 2015(22)
[4]基于焦耳热的光纤布喇格光栅电压传感器研究[J]. 米林,杨德兴,姜亚军,王美蓉,郭钰宁,屈俊荣. 光子学报. 2014(09)
[5]反射式掺杂液晶光子晶体光纤电场传感实验研究[J]. 孟庆莹,任广军,李敬辉,姚建铨. 光电子.激光. 2012(09)
[6]双孔光子晶体光纤光学电压传感方案研究[J]. 芦鑫,毕卫红,麻硕,刘丰. 中国激光. 2011(11)
[7]微孔光纤表面等离子体共振传感特性分析[J]. 关春颖,苑立波,史金辉. 光学学报. 2011(02)
[8]光子晶体光纤拉制中工艺参数的控制[J]. 郭铁英,娄淑琴,李宏雷,简水生. 物理学报. 2009(09)
[9]基于压电陶瓷的高灵敏度光纤光栅电压传感器[J]. 钟丽娜,孙洪雷. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(01)
[10]利用改进的堆积法制备微结构光纤[J]. 郭巍,周桂耀,倪永婧,侯蓝田. 光电子·激光. 2006(09)
博士论文
[1]多芯光子晶体光纤激光器及光子晶体光纤表面等离子体共振传感研究[D]. 郑一博.天津大学 2012
硕士论文
[1]基于不同填充方式的光子晶体光纤磁场和温度传感的研究[D]. 尤承杰.南京邮电大学 2016
[2]全光纤干涉式电磁场传感器研究[D]. 韩猛.重庆大学 2012
[3]光子晶体光纤光栅传感特性的研究[D]. 刘耀辉.南京邮电大学 2011
[4]液晶光子晶体光纤的传感机理研究[D]. 杨杨.北京交通大学 2010
本文编号：3616989
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