基于填充金屬納米材料的光子晶體光纖傳感的研究.pdf

1、由于光子晶體光纖結(jié)構(gòu)可靈活設(shè)計并且對空氣孔中填充的金屬納米材料、氣體、液體、液晶等參量的變化很敏感,因而表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢,在傳感領(lǐng)域掀起了研究的熱潮。尤其是基于PCF的SPR傳感器在醫(yī)學(xué)檢測、生物質(zhì)檢、食品安全等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。本文主要從理論與實驗出發(fā),通過設(shè)計不同的基于PCF的傳感器,改變結(jié)構(gòu)參數(shù)和周圍的環(huán)境等相關(guān)因素進(jìn)行仿真模擬分析,不斷改善、提高,最后搭建系統(tǒng)進(jìn)行實驗驗證。
　　本文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)可以總結(jié)歸納為如

2、下幾點(diǎn):
　　1.簡單介紹了光纖傳感的技術(shù)及其發(fā)展概況,光子晶體光纖所具有的特性、應(yīng)用及其近些年的發(fā)展?fàn)顩r,以PCF為基礎(chǔ)的SPR傳感器的發(fā)展以及引起SPR所必需的金屬納米材料的相關(guān)特性等。
　　2.全面介紹了基于PCF-SPR傳感的相關(guān)原理。主要包括:PCF的數(shù)值計算方法,SPR傳感器的基本傳感原理及計算方法,基于PCF的SPR傳感的基本原理。對這些原理的研究,主要為后期相關(guān)仿真與實驗奠定理論基礎(chǔ)。
　　3.設(shè)計了幾

3、種傳感器,并進(jìn)行了相關(guān)的模擬仿真分析。研究了柚子型PCF中所填充的Ag線間的距離、數(shù)量及無規(guī)律填充對PCF-SPR傳感特性的影響,發(fā)現(xiàn)Ag線間距離大于2^m時其數(shù)量及填充方法對靈敏度無影響;研究了包層外鍍金屬膜的聚合物PCF-SPR傳感器,發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)變化對傳感特性基本無影響,因此便于PCF制作。
　　4.提出了一種有源內(nèi)腔PCF-SPR傳感器的設(shè)計思想,通過將氣孔中填充金屬納米線溶液的摻Y(jié)b3+PCF置于諧振腔內(nèi),從而提高PCF-

4、SPR傳感器的靈敏度,并且設(shè)計的PCF其纖芯的折射率可達(dá)到1.58,拓寬了 PCF-SPR傳感器的探測范圍。通過數(shù)值模擬分析可得到:不同的占空比對于輸出功率和限制損耗的影響不同,而且,分析物折射率低于或高于1.45時呈現(xiàn)的規(guī)律也有所不同。此有源內(nèi)腔折射率PCF傳感器基于其較高的靈敏度和結(jié)構(gòu)特性具有很大的實現(xiàn)價值。
　　5.考慮到此類傳感器的實際應(yīng)用方面,根據(jù)已經(jīng)生產(chǎn)出來的PCF進(jìn)行相關(guān)的實驗研究。首次進(jìn)行PCF-SPR溫度傳感實驗