光纖SPR傳感器和消色差復(fù)合太赫茲波片的設(shè)計研究.pdf

1、光纖表面等離子體共振(SPR)傳感技術(shù)成為近年來國內(nèi)外研究熱點之一。本文對光纖SPR傳感器進行了研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴在理論上利用菲涅爾定理和轉(zhuǎn)移矩陣法詳細闡述了光纖SPR傳感器的原理，建立了光纖SPR傳感結(jié)構(gòu)的理論模型，并利用該理論模型解釋了SPR傳感結(jié)構(gòu)的角度調(diào)制方式和波長調(diào)制方式的實現(xiàn)原理。同時本文系統(tǒng)的模擬了鍍膜厚度、傳感器探頭幾何形狀和包層纖芯折射率比值對傳感器靈敏度和精確度的影響。模擬發(fā)現(xiàn)，鍍膜厚度的變

2、化會同時影響傳感器的靈敏度和精確度;傳感器探頭的長度和芯徑的變化不會影響傳感器的靈敏度，但會影響傳感器的精確度和出射光強;一定范圍內(nèi)增大包層纖芯折射率的比值會提高傳感器的靈敏度。
　　 ⑵從提高傳感器靈敏度的角度出發(fā)，研究了一種新型的錐型傳感器探頭，并模擬了該錐型探頭錐度比對傳感器靈敏度的影響。研究發(fā)現(xiàn)該錐型探頭能有效地增加傳感器的靈敏度，當(dāng)錐度比在1.2至1.8之間時，該錐型傳感器有較高的性能。
　　 ⑶研制了兩種光纖

3、SPR傳感器探頭:圓柱形探頭和錐型探頭，并且搭建了實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了對溶液折射率的測試。實驗結(jié)果顯示，圓柱型探頭的靈敏度為2510nm/RIU，錐型探頭傳感器靈敏度為3940nm/RIU，兩探頭實驗結(jié)果與理論模擬值符合的很好，驗證了理論模擬結(jié)果。其中錐型探頭的靈敏度是普通探頭的1.6倍，對高靈敏度探頭的制備具有重要指導(dǎo)意義。
　　 ⑷在太赫茲技術(shù)方面，本文依據(jù)復(fù)合波片理論，編寫了模擬退火算法，設(shè)計出了太赫茲下的消色差復(fù)合太赫茲1/

4、4波片。該波片在兩個太赫茲波段下具有理想的消色差性能，在0.2-2 THz波段范圍內(nèi)波片相位延遲偏差小于2％，在0.2-3 THz波段范圍內(nèi)波片相位延遲偏差小于4％。本文系統(tǒng)分析了不同石英玻片個數(shù)對消色差復(fù)合太赫茲波片的消色差性能以及厚度和損耗的影響。分析表明，隨著石英玻片個數(shù)的增加，波片的消色差性能也會越好，同時，波片的厚度也隨之增加，導(dǎo)致對太赫茲波的損耗增加。結(jié)果顯示，在0.2-2 THz和0.2-3 THz范圍內(nèi)，太赫茲1/4波片