基于SPR的磁场和温度双参量光纤传感器的研究

发布时间：2023-02-27 19:01

　　作为21世纪优先发展的十大顶尖技术之一,传感技术未来将向着微型化、集成化、多功能化和系统化等方向发展。金属表面等离子体(SPs)不仅可以突破传统光学的衍射极限,实现纳米尺寸下的光传输,而且对周围电介质折射率的变化异常敏感。光子晶体光纤(PCF)具有质量轻、体积小、抗电磁干扰等优势。因此,金属表面等离子体共振(SPR)技术与光纤技术的结合,为实现高灵敏度、高可靠性且小型化、易于集成的传感器提供了新的研究思路,带来了新的发展空间。本文采用对磁场和温度变化敏感的功能性材料磁流体(MFs)作为电介质,设计了基于不同结构的光纤SPR双参量传感器,并研究其性能。本论文的主要研究工作如下:(1)分析了金属SPR效应的理论基础,包括SPR激发原理、SPR传感系统实现以及调制方式;分析了 PCF的理论基础,包括波动方程、数值分析方法以及光传输特性。(2)提出了基于SPR和PCF的磁场和温度双参量光纤传感器。该传感器采用的PCF结构在纤芯有一个小空气孔,包层有三层空气孔,并且上下第二层空气孔具有较大孔径,在大孔径通道中涂覆金属薄膜后,分别填充MFs和聚二甲基硅氧烷(PDMS),并利用Ta205调节上侧通道...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 表面等离子体共振传感器的研究进展
    1.3 磁流体传感器的研究进展
    1.4 研究内容和文章结构安排
2 理论基础
    2.1 表面等离子体共振的理论基础
        2.1.1 表面等离子体共振激发原理
        2.1.2 基于表面等离子体共振原理的传感系统
        2.1.3 基于SPR原理的传感系统检测方式
    2.2 光子晶体光纤的理论基础
        2.2.1 PCF的波动方程
        2.2.2 PCF的数值分析方法
        2.2.3 PCF的特性分析
    2.3 本章小结
3 基于SPR和PCF的磁场和温度双参量光纤传感器
    3.1 模型结构
    3.2 工作原理
    3.3 传感器性能分析
        3.3.1 传感器模式特性
        3.3.2 磁场传感特性
        3.3.3 温度传感特性
        3.3.4 传感器优势分析
    3.4 结构参数对传感器性能的影响
    3.5 传感器制作容差分析
    3.6 本章小结
4 基于SPR和侧边双切双孔光纤的磁场和温度双参量传感器
    4.1 模型结构
    4.2 工作原理
    4.3 传感器性能分析
        4.3.1 传感器模式特性
        4.3.2 磁场传感特性
        4.3.3 温度传感特性
        4.3.4 传感器优势分析
    4.4 结构参数对传感器性能的影响
    4.5 传感器制作容差分析
    4.6 本章结论
5 结论
    5.1 本文的主要研究工作
    5.2 下一步工作计划
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：3751273