基于表面等離子體共振的光子晶體光纖特性研究.pdf

1、表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，簡稱SPR）傳感技術具有高靈敏度，實時監(jiān)測，免標記的特點，極其適用于檢測液態(tài)樣品特性，在生物分子作用分析和生物化學傳感領域得到廣泛的應用研究。通過深層優(yōu)化，SPR技術還可以應用于衛(wèi)生保健、醫(yī)藥品、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領域。光子晶體光纖（Photonic Crystal Fiber，簡稱 PCF）可以支持一系列的固體或液體基質填充在空氣孔中，當光波在光子晶體光纖的纖芯中

2、傳導，會增大纖芯模式的倏逝波與填充物的接觸面積，為緊湊型光流體器件的發(fā)展提供良好的平臺。本論文基于金納米層填充至PCF空氣孔內壁的結構，研究了以下內容：
　　(1)首先從理論上梳理了Kretschmann棱鏡激發(fā)SPP的原因，進而延伸二維圓柱型波導激發(fā)SPP的條件。其次總結了PCF的導光機制及制備方法，最后按照環(huán)型金屬納米層的位置及形態(tài)不同，討論了三類PCF-SPR結構，并提出PCF-SPR結構的實驗制備方法。
　　(2)采

3、用Yariv的基于束縛模式的耦合模方程和超模理論，討論了PCF-SPR結構中泄漏模式之間的兩種模式耦合機制：模式的避免交叉和交叉效應。利用有限元算法計算了一種簡單的PCF-SPR結構，計算結果表明模式耦合系數在PCF-SPR結構中耦合機制的改變有著的重要作用，這一點與理論結果相符。
　　(3)設計出一種偏芯PCF-SPR（Side Core PCF-SPR，簡稱SCPCF-SPR）液體折射率傳感器。SCPCF-SPR借鑒雙芯PCF

4、結構，增大了模式的交疊量，促使避免交叉效應產生，改善了SPR傳感器固有的非線性響應屬性。在1.33至1.43的液體折射率區(qū)間，傳感器的最大靈敏度達到5000nm/RIU；在1.44至1.54液體折射率區(qū)間，傳感器響應曲線表現出極高的線性度，平均靈敏度為9295nm/RIU。
　　(4)設計出一種基于0階表面等離子體模式（Surface Plasmon Polariton，簡稱SPP）的超寬單模單偏振PCF，利用級聯環(huán)型金納米層中位

5、于金/液體界面的0階SPP的相位選擇特性及折射率敏感性，以及位于金/二氧化硅界面的2階SPP的折射率不敏感性，實現了在第二通信波段內單一偏振光的傳輸，同時可通過調節(jié)溫度或電磁等參量改變體系的共振條件以實現可調諧功能。當液體折射率為1.52時，該結構在第二通信波段擁有360nm的單模單偏振工作帶寬，其偏振消光比大于30dB。同時，合適的液體折射率會促使避免交叉效應的出現從而提高兩個相互正交的纖芯基模的損耗差值。通過改變環(huán)型金納米層直徑及厚