新型光子晶体光纤SPR传感结构的设计与特性研究

发布时间：2017-07-08 08:32

  本文关键词：新型光子晶体光纤SPR传感结构的设计与特性研究

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【摘要】：PCF-SPR是近年来发展起来的一种新型传感技术,因其独特的光学特性在生物医学、食品安全、环境监测等诸多领域极具应用潜力。本文利用全矢量有限元法COMSOL多物理场耦合软件对三种不同PCF-SPR传感器的传感特性进行数值分析,为传感结构的优化设计提供理论指导。提出一种基于银膜的多孔多芯PCF-SPR传感器。利用损耗谱分析法研究银膜厚度、待测介质折射率、各孔洞的尺寸等参数对损耗谱的影响及其变化规律。数值结果表明,在1.33-1.42折射率范围内,其光谱灵敏度为4500nm/RIU,相应的折射率分辨率高达2.22?10-5RIU,其振幅灵敏度为1013RIU-1,相应的折射率分辨率高达2.27?10-6 RIU。设计一种新型高双折射PCF-SPR传感器。该模型仅在中心对称位置两个外层待测溶液通道内表面镀有金膜,使其具有中心非对称结构而引入双折射;利用双折射分析法研究该传感器的传感特性。研究结果表明,待测液体折射率在1.34-1.48范围内时,其平均光谱灵敏度为1130.95nm/RIU,与之相应的线性度为0.99741,其折射率分辨率高达1?10-4RIU。这种新型的双折射PCF-SPR传感器具有高灵敏度、高线性度、高分辨率的传感特性。提出一种新型的PCF-SPR温度传感器。利用损耗谱分析法数值计算各个参数对其温度传感特性的影响因素及其规律。结果表明,当外界环境温度在0℃到100℃范围内变化时,其平均温度灵敏度为3080 pm/℃,相应线性度为0.9984,温度分辨率高达0.03125℃。与其他光纤传感器相比,该新型PCF-SPR温度传感器,具有结构简单、易于镀膜及拉制的优点,应用潜力巨大。
【关键词】：光子晶体光纤 表面等离子体共振 传感器 传感特性
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 表面等离子体共振传感技术研究现状9-15
• 1.2.1 棱镜型表面等离子体共振传感器9-10
• 1.2.2 光纤型表面等离子体共振传感器10-11
• 1.2.3 光纤光栅型表面等离子体共振传感器11-12
• 1.2.4 光子晶体光纤型表面等离子体共振传感器12-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第二章 PCF-SPR传感技术的理论基础16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 表面等离子体共振技术16-18
• 2.2.1 表面等离子体波16-17
• 2.2.2 表面等离子体共振激发原理17-18
• 2.3 光子晶体光纤的基本理论18-21
• 2.3.1 光子晶体光纤的波动方程18-20
• 2.3.2 光子晶体光纤的导光机制20-21
• 2.4 PCF-SPR传感技术21-23
• 2.4.1 PCF-SPR共振传感原理21
• 2.4.2 PCF-SPR传感器光谱分析方法21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 多孔多芯银膜PCF-SPR传感器的设计与特性研究24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 多孔多芯银膜PCF-SPR传感器的理论模型24-25
• 3.3 多孔多芯银膜PCF-SPR传感器传感特性的研究25-31
• 3.3.1 多孔多芯银膜PCF-SPR传感器的模式分析25-27
• 3.3.2 银膜厚度对传感特性的影响27
• 3.3.3 待测溶液通道的尺寸对传感特性的影响27-28
• 3.3.4 包层空气孔尺寸对传感特性的影响28-29
• 3.3.5 空气孔间距对传感特性的影响29
• 3.3.6 待测液体折射率对传感特性的影响29-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 高双折射PCF-SPR传感器的设计与特性研究33-41
• 4.1 引言33
• 4.2 高双折射PCF-SPR传感器的理论模型33-34
• 4.3 高双折射PCF-SPR传感器传感特性的研究34-40
• 4.3.1 高双折射PCF-SPR传感器的模式分析34-36
• 4.3.2 金膜厚度对传感特性的影响36
• 4.3.3 外层待测溶液通道的尺寸对传感特性的影响36-37
• 4.3.4 包层空气孔尺寸对传感特性的影响37-38
• 4.3.5 中心空气孔尺寸对传感特性的影响38
• 4.3.6 待测液体折射率对传感特性的影响38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 基于PCF-SPR温度传感器的设计与特性研究41-49
• 5.1 引言41
• 5.2 基于PCF-SPR温度传感器的理论模型41-43
• 5.3 基于PCF-SPR温度传感器传感特性的研究43-47
• 5.3.1 基于PCF-SPR温度传感器的模式分析43-45
• 5.3.2 温度不同对传感特性的影响45-46
• 5.3.3 金膜厚度对温度传感特性的影响46-47
• 5.4 本章小结47-49
• 结论49-50
• 参考文献50-56
• 发表文章目录56-61
• 致谢61-62

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本文编号：533807