基于微納光纖激發(fā)微腔WGM的高靈敏度折射率傳感器設(shè)計研究.pdf

1、近年來,利用回音壁模式(WGM)傳輸?shù)墓鈱W(xué)微型諧振腔逐漸成為傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著制備工藝技術(shù)的發(fā)展,微型諧振腔的種類越來越多,應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。微型諧振腔具有體積小、靈敏度高、無需標(biāo)記、樣品消耗量低等優(yōu)點(diǎn),因而在生物化學(xué)傳感領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。本文開展了基于微納光纖激發(fā)微腔WGM的高靈敏度傳感器設(shè)計研究,這類傳感器可用于物理、生物化學(xué)中物質(zhì)的檢測,對科研及實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。
　　本文探求了微納光纖及微腔(包括微球及微管)

2、的光學(xué)特性。構(gòu)建理論分析模型,分別用標(biāo)量近似法及矢量法求解微納光纖的模場表達(dá)式,以基模為例探討了微納光纖參數(shù)與其模場分布的關(guān)系。同時對微腔WGM的模場表達(dá)式進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo),利用邊界連續(xù)條件推導(dǎo)WGM中最重要的參數(shù)——諧振波長的特征方程,并對WGM的模場特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析,重點(diǎn)分析了微管的厚度、管芯折射率等對WGM模場分布的影響等。
　　構(gòu)建微納光纖激發(fā)微球諧振腔WGM的理論模型,微納光纖中的光通過倏逝場耦合進(jìn)入到微球。討論不同參

3、數(shù)如微納光纖的半徑、折射率;微球的半徑、折射率及兩者之間的垂直間距對耦合效果的影響。對微球的表面折射率傳感靈敏度特性進(jìn)行理論分析及仿真,微球表面介質(zhì)折射率的改變使得微球WGM的電場分布發(fā)生改變,最終表現(xiàn)在微球的諧振峰波長的漂移,則可通過計算WGM的諧振峰波長量來測量表面折射率的改變,最終得到波長漂移與吸附介質(zhì)折射率之間的關(guān)系。
　　建立微納光纖激發(fā)微管諧振腔WGM的理論模型,討論不同參數(shù)對激發(fā)微管WGM的影響。研究微管WGM傳感器