光纤表面等离子体共振传感器特性及应用研究

发布时间：2021-04-22 20:03

　　表面等离子体波共振（SPR）现象是一种光波与金属电子相互作用引起的光电子现象。光纤表面等离子体波传感器是一种将光纤技术和表面等离子体波共振效应巧妙结合在一起的光纤传感器。这种设计不仅具有SPR高灵敏度的特点,而且发挥了光纤本身的诸多优点,因而具有广泛的研究和应用前景。本文首先介绍了表面等离子体波共振效应的原理及其激发条件。并从光学和电磁学的角度,分析影响表面等离子体波共振现象的诸多因素。同时,研究并讨论了光纤表面等离子体波传感器的结构设计及其工作原理。然后,根据SPR原理和理论基础,使用基于有限元法（FEM）的COMSOL Multiphysics仿真模拟软件,对基于三棱锥结构的光纤SPR传感器进行了模拟仿真实验,分析其传感特性。接下来,介绍基于侧边抛磨单模光纤,无芯光纤以及锥形无芯光纤结构的光纤SPR折射率传感器的结构,并通过仿真和实验对传感器的传感特性进行了测量和分析。最后,在基于锥形无芯光纤SPR折射率传感器的基础上,通过使用聚丙烯酸和壳聚糖对传感器进行功能化,实现了传感器对溶液中铜离子的检测,并分析了其特异性和温度交叉灵敏度。 

【文章来源】：中国计量大学浙江省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 表面等离子体共振传感器研究背景
    1.2 表面等离子体共振原理与激励方式
        1.2.1 表面等离子体共振原理
        1.2.2 表面等离子体共振常见激励方式
    1.3 国内外研究现状与发展趋势
    1.4 研究意义和前景
    1.5 本章小结
2 基于三棱锥结构的光纤SPR折射率传感器的理论研究
    2.1 模拟仿真软件
    2.2 理论模型的建立
    2.3 仿真实验结果与讨论
        2.3.1 银膜厚度对传感特性的影响
        2.3.2 折射率灵敏度
    2.4 本章小结
3 基于透射结构的光纤SPR传感器研究
    3.1 基于侧边抛磨光纤的SPR折射率传感器
        3.1.1 理论模拟
        3.1.2 侧边抛磨结构的制作
        3.1.3 折射率灵敏度测量与结果分析
    3.2 基于无芯光纤的光纤SPR传感器
        3.2.1 传感器的制备
        3.2.2 无芯光纤长度对传感特性的影响
        3.2.3 折射率灵敏度分析
    3.3 基于锥形无芯光纤的SPR折射率传感器
        3.3.1 传感器的制备
        3.3.2 折射率灵敏度分析
    3.4 本章小结
4 基于壳聚糖和聚丙烯酸复合膜的光纤SPR铜离子检测传感器
    4.1 传感器的制备
    4.2 结果分析与讨论
        4.2.1 铜离子浓度测量
        4.2.2 传感器的重复使用
        4.2.3 传感器的响应时间
        4.2.4 传感器的特异性
        4.2.5 传感器的温度灵敏度
    4.3 本章小结
5 结论
    5.1 研究总结
    5.2 需进一步开展的工作
参考文献
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无芯光纤的单模-多模-单模折射率传感器的研究[J]. 陈耀飞,韩群,何洋,刘铁根,洪成青.  中国激光. 2013(09)
[2]基于单模-无芯-单模结构的光纤折射率传感器[J]. 李阳,刘艳,刘志波,简水生.  光电子.激光. 2013(07)
[3]契形结构光纤表面等离子体共振传感器研究[J]. 冯李航,曾捷,梁大开,张为公.  物理学报. 2013(12)
[4]基于空心光纤多模干涉的折射率传感器研究[J]. 李恩邦,郑丹莹,张晨亮,唐春晓.  光电子.激光. 2010(10)

博士论文
[1]SPR芯片的生化传感及光纤SPR传感技术的研究[D]. 陈勇.中国科学技术大学 2012

硕士论文
[1]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
[2]表面等离子体波传感器特性的研究及其应用[D]. 曹振新.南京航空航天大学 2002



本文编号：3154383