基于氮化鈦膜和金線的PCF-SPR傳感特性研究.pdf

1、光子晶體光纖（PCF）又稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，我們可以通過(guò)改變空氣孔直徑、空氣孔間距、空氣孔形狀來(lái)改變其傳輸特性，從而制作滿足實(shí)際需要的各種不同特性功能的器件，其中基于表面等離子體共振的光子晶體光纖傳感器在傳感領(lǐng)域里占有十分重要的地位。正是因?yàn)楣庾泳w光纖設(shè)計(jì)自由度大和獨(dú)特的物理特性以及導(dǎo)光優(yōu)點(diǎn)，其在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域備受關(guān)注。而表面等離子體共振（SPR）傳感技術(shù)在與人們生活密切相關(guān)的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如生物、化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)

2、學(xué)等。
　　本文以光子晶體光纖為研究對(duì)象，將光子晶體光纖與表面等離子體共振技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于傳感，提出了幾種基于表面等離子體共振的光子晶體光纖傳感器，利用全矢量有限元法對(duì)傳感特性做了細(xì)致模擬和透徹的理論分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.文章首先對(duì)光子晶體光纖的概念和性質(zhì)以及表面等離子體共振技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后分析了近十年來(lái)基于表面等離子體共振的光子晶體光纖傳感發(fā)展現(xiàn)狀，接著提出本文的主要工作安排和創(chuàng)新點(diǎn)。
　

3、　2.介紹了基于表面等離子體共振的光子晶體光纖傳感的基本理論和光子晶體光纖模擬的數(shù)值計(jì)算方法，并針對(duì)本文運(yùn)用的全矢量有限元法和利用COMSOL Multiphysics軟件的仿真分析過(guò)程著重描述。
　　3.設(shè)計(jì)了一種PCF-SPR溫度傳感器，這個(gè)傳感器使用的是新型的等離子體材料氮化鈦，利用全矢量有限元法分析了該傳感器的PCF結(jié)構(gòu)參數(shù)及等離子體材料對(duì)傳感特性的影響，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終得到傳感器的溫度靈敏度最高達(dá)到6.22nm/K，即在

4、溫度-19℃～-1℃范圍內(nèi)。
　　4.設(shè)計(jì)了一種填充金線的雙芯光子晶體光纖表面等離子體共振傳感器，仿真得出不同波長(zhǎng)下傳感器的纖芯有效折射率的虛部值，進(jìn)而計(jì)算損耗，通過(guò)損耗譜得到表面等離子體共振峰所處波長(zhǎng)及傳感器的靈敏度。待測(cè)生物液體樣本不同的折射率，傳輸損耗譜共振峰所處的波長(zhǎng)不同。優(yōu)點(diǎn)是：該傳感器將表面等離子共振技術(shù)與光子晶體光纖結(jié)合，平均靈敏度為-1.13714um/RIU；待測(cè)液體樣本的折射率范圍為1.38~1.43；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單