基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器研究
发布时间：2022-10-20 10:13
表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感器具有灵敏度高、检测实时性强、免标记检测等特点,同时光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,PCF）具有结构设计的灵活性和导光的独特性,因此基于光子晶体光纤的表面等离子体共振（PCF-SPR）传感器迅速发展成为传感领域热门的研究方向。PCF-SPR传感器与光纤SPR传感器相比,具有极高的灵敏度、灵活的结构设计和应用范围,但因其具有多个样品通道紧密排列导致存在通道之间相互干扰的缺点,因此折射率检测范围十分狭小。本文将双折射效应引入PCF-SPR传感器,同时利用优化传感性能的方法,设计出双圆开槽型PCF-SPR传感器,大幅度地提升了传感器探头的灵敏度。仿真分析两个微流体通道内部填充待测样品时PCF-SPR传感器的性能,提升了填充样品的折射率范围,使传感器性能更为优越。本文研究内容主要包括:1.详细介绍了光子晶体光纤和表面等离子体共振技术、PCF-SPR传感器的研究背景和国内外研究发展现状,之后阐明了本文的研究意义。2.研究分析了表面等离子体共振产生的基本原理和表面等离子体共振传感性能的增强...
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 光子晶体光纤简介
1.2 表面等离子体共振传感技术
1.3 基于表面等离子体共振的光纤传感器
1.3.1 基于表面等离子体共振的光纤传感器研究
1.3.2 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器研究
1.4 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的研究现状
1.5 本文的意义和主要研究内容
第2章 表面等离子体共振传感器理论研究
2.1 表面等离子体共振传感原理
2.2 表面等离子体共振传感性能的增强方法
2.2.1 波导层的优化
2.2.2 金属膜层的优化
2.3 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的数值分析方法
2.3.1 有限元法
2.3.2 在PCF上运用有限元法
2.3.3 边界条件
2.4 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的分析方法
2.4.1 损耗谱分析方法
2.4.2 性能指标
第3章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器设计
3.1 表面等离子体共振传感器金属膜的选取
3.2 PCF-SPR传感器设计
3.2.1 PCF-SPR传感器结构
3.2.2 双圆开槽型PCF-SPR传感器的原理
3.3 PCF-SPR传感器的几何参数对传感器性能的影响
3.3.1 中心空气孔对传感特性的影响
3.3.2 额外的空气孔对传感特性的影响
3.3.3 双折射圆对传感特性的影响
3.3.4 金膜厚度对传感特性的影响
第4章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感特性的研究
4.1 开槽型SPR-PCF传感器的性能增强因素
4.1.1 添加缓冲波导层
4.1.1.1 波导层膜材料及膜厚对光纤表面等离子体共振光谱影响
4.1.1.2 添加缓冲层的开槽型PCF-SPR传感器
4.1.2 引入结构缺陷
4.2 PCF-SPR传感器双通道传感检测的分析
4.2.1 上下微流体通道填充同种折射率待测样品分析
4.2.2 技术对比
4.2.3 可行性分析
4.2.4 改变下微流体通道填充折射率待测样品分析
4.2.5 上下微流体通道填充不同种折射率待测样品
第5章 总结和展望
5.1 论文主要内容总结
5.2 主要创新点
5.3 问题与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤表面等离子体共振传感技术[J]. 王文华,熊正烨,师文庆,黄江,田秀云,费贤翔,谢玉萍. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]光子晶体光纤传感器研究进展[J]. 马健,余海湖,熊家国,郑羽. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[3]双金属层表面等离子体共振传感器灵敏度优化[J]. 王志国,尹亮,林承友,宣佳彬,叶青. 激光技术. 2017(03)
[4]基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究[J]. 付丽辉,尹文庆. 仪表技术与传感器. 2016(09)
[5]基于磁流体填充的光子晶体光纤传感特性研究[J]. 刘剑飞,刘帆,曾祥烨,卢嘉,王蒙军. 激光与光电子学进展. 2016(07)
[6]基于定向耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场和温度传感器[J]. 施伟华,尤承杰. 光学学报. 2016(07)
[7]对称型长程表面等离子体共振分析系统[J]. 黄强,王敏,李昂,韩西达,何永红. 光学精密工程. 2014(01)
[8]表面等离子体共振类熊猫型光子晶体光纤传感器[J]. 邴丕彬,姚建铨,黄晓慧,陆颖,邸志刚,杨鹏飞. 激光与红外. 2011(07)
[9]基于广义回归神经网络的传感器非线性误差校正[J]. 段松杰,张晓光,张闯志. 传感器与微系统. 2008(12)
[10]几种液体的折射率与其浓度关系的经验公式[J]. 白泽生,刘竹琴,徐红. 延安大学学报(自然科学版). 2004(01)
博士论文
[1]基于马赫泽德结构的差分干涉SPR传感系统与生物医学检测应用研究[D]. 王弋嘉.南开大学 2013
[2]基于金属银等离子体共振波的光子晶体光纤传感器的研究[D]. 周城.北京交通大学 2013
[3]相位调制SPR成像检测生物分子相互作用的方法研究[D]. 定翔.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于填充纳米银线的光子晶体光纤传感器的研究[D]. 王民托.天津大学 2016
[2]周期性结构的金属—介质纳米线电磁散射特性研究[D]. 孟培雯.南京林业大学 2015
[3]光子晶体增强的表面等离子体共振传感器设计[D]. 王芳.暨南大学 2015
[4]光纤表面等离子体共振传感特性研究[D]. 孙祺.东北石油大学 2014
[5]金属纳米粒子的非线性光学效应及其在生物传感中的应用[D]. 张广彪.燕山大学 2014
[6]光子晶体光纤表面等离子体共振传感特性研究[D]. 董莉.天津理工大学 2013
[7]光子晶体光纤表面等离子体共振传感机理及其技术研究[D]. 帅彬彬.华中科技大学 2013
[8]基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感特性的研究[D]. 刘蓓.天津理工大学 2012
[9]氟化镁介质层对长程表面等离子体共振生物传感器灵敏度的影响[D]. 王松涛.华东师范大学 2010
[10]表面等离子体波传感器结构仿真及其信号处理[D]. 杜艳.南京航空航天大学 2007
本文编号：3694287
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 光子晶体光纤简介
1.2 表面等离子体共振传感技术
1.3 基于表面等离子体共振的光纤传感器
1.3.1 基于表面等离子体共振的光纤传感器研究
1.3.2 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器研究
1.4 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的研究现状
1.5 本文的意义和主要研究内容
第2章 表面等离子体共振传感器理论研究
2.1 表面等离子体共振传感原理
2.2 表面等离子体共振传感性能的增强方法
2.2.1 波导层的优化
2.2.2 金属膜层的优化
2.3 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的数值分析方法
2.3.1 有限元法
2.3.2 在PCF上运用有限元法
2.3.3 边界条件
2.4 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器的分析方法
2.4.1 损耗谱分析方法
2.4.2 性能指标
第3章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器设计
3.1 表面等离子体共振传感器金属膜的选取
3.2 PCF-SPR传感器设计
3.2.1 PCF-SPR传感器结构
3.2.2 双圆开槽型PCF-SPR传感器的原理
3.3 PCF-SPR传感器的几何参数对传感器性能的影响
3.3.1 中心空气孔对传感特性的影响
3.3.2 额外的空气孔对传感特性的影响
3.3.3 双折射圆对传感特性的影响
3.3.4 金膜厚度对传感特性的影响
第4章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感特性的研究
4.1 开槽型SPR-PCF传感器的性能增强因素
4.1.1 添加缓冲波导层
4.1.1.1 波导层膜材料及膜厚对光纤表面等离子体共振光谱影响
4.1.1.2 添加缓冲层的开槽型PCF-SPR传感器
4.1.2 引入结构缺陷
4.2 PCF-SPR传感器双通道传感检测的分析
4.2.1 上下微流体通道填充同种折射率待测样品分析
4.2.2 技术对比
4.2.3 可行性分析
4.2.4 改变下微流体通道填充折射率待测样品分析
4.2.5 上下微流体通道填充不同种折射率待测样品
第5章 总结和展望
5.1 论文主要内容总结
5.2 主要创新点
5.3 问题与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤表面等离子体共振传感技术[J]. 王文华,熊正烨,师文庆,黄江,田秀云,费贤翔,谢玉萍. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]光子晶体光纤传感器研究进展[J]. 马健,余海湖,熊家国,郑羽. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[3]双金属层表面等离子体共振传感器灵敏度优化[J]. 王志国,尹亮,林承友,宣佳彬,叶青. 激光技术. 2017(03)
[4]基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究[J]. 付丽辉,尹文庆. 仪表技术与传感器. 2016(09)
[5]基于磁流体填充的光子晶体光纤传感特性研究[J]. 刘剑飞,刘帆,曾祥烨,卢嘉,王蒙军. 激光与光电子学进展. 2016(07)
[6]基于定向耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场和温度传感器[J]. 施伟华,尤承杰. 光学学报. 2016(07)
[7]对称型长程表面等离子体共振分析系统[J]. 黄强,王敏,李昂,韩西达,何永红. 光学精密工程. 2014(01)
[8]表面等离子体共振类熊猫型光子晶体光纤传感器[J]. 邴丕彬,姚建铨,黄晓慧,陆颖,邸志刚,杨鹏飞. 激光与红外. 2011(07)
[9]基于广义回归神经网络的传感器非线性误差校正[J]. 段松杰,张晓光,张闯志. 传感器与微系统. 2008(12)
[10]几种液体的折射率与其浓度关系的经验公式[J]. 白泽生,刘竹琴,徐红. 延安大学学报(自然科学版). 2004(01)
博士论文
[1]基于马赫泽德结构的差分干涉SPR传感系统与生物医学检测应用研究[D]. 王弋嘉.南开大学 2013
[2]基于金属银等离子体共振波的光子晶体光纤传感器的研究[D]. 周城.北京交通大学 2013
[3]相位调制SPR成像检测生物分子相互作用的方法研究[D]. 定翔.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于填充纳米银线的光子晶体光纤传感器的研究[D]. 王民托.天津大学 2016
[2]周期性结构的金属—介质纳米线电磁散射特性研究[D]. 孟培雯.南京林业大学 2015
[3]光子晶体增强的表面等离子体共振传感器设计[D]. 王芳.暨南大学 2015
[4]光纤表面等离子体共振传感特性研究[D]. 孙祺.东北石油大学 2014
[5]金属纳米粒子的非线性光学效应及其在生物传感中的应用[D]. 张广彪.燕山大学 2014
[6]光子晶体光纤表面等离子体共振传感特性研究[D]. 董莉.天津理工大学 2013
[7]光子晶体光纤表面等离子体共振传感机理及其技术研究[D]. 帅彬彬.华中科技大学 2013
[8]基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感特性的研究[D]. 刘蓓.天津理工大学 2012
[9]氟化镁介质层对长程表面等离子体共振生物传感器灵敏度的影响[D]. 王松涛.华东师范大学 2010
[10]表面等离子体波传感器结构仿真及其信号处理[D]. 杜艳.南京航空航天大学 2007
本文编号：3694287
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3694287.html
