【摘 要】
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光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers,PCF）一直以来在光纤通信传感领域中都是一个重点研究的课题。近年来,越来越多的研究者采用PCF基底与金属纳米线结合的方式,通过激发局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）来达到检测目的。对耦合器件而言,最初研究的结构具有体积大、成本高、产生SPR现象较困难等缺点。目前,新型
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光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers,PCF）一直以来在光纤通信传感领域中都是一个重点研究的课题。近年来,越来越多的研究者采用PCF基底与金属纳米线结合的方式,通过激发局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）来达到检测目的。对耦合器件而言,最初研究的结构具有体积大、成本高、产生SPR现象较困难等缺点。目前,新型的PCF耦合器件具有体积小、内部空气孔结构设计多样,其表面以及空气孔内壁上可涂覆各种金属膜与生物敏感膜等优势,从而对实现蛋白质浓度、细胞标定等生物检测方面的传感器以及偏振分光器表现出巨大的潜力。首先,详细分析了传感器结构LSPR现象产生的原理,金属颗粒与薄膜的光学特性以及PCF波导的数值分析方法。其次,提出一种方形金属纳米线阵列的D型PCF-LSPR传感器,采用D型光子晶体光纤与LSPR结合的方式,将传统平面波导中的TM模式转化为混合模式,很容易在一定波长区域发生相位匹配。通过在金属纳米线层之上附着氧化铝薄膜来增强传感器的韧性与灵敏度。采用有限元方法（Finite Element Method,FEM）对结构进行模式分析并选取最优参数。该传感器与同类型传感器相比有更宽广的检测范围和更尖锐的损耗峰等优点。进而,提出一种基于金属纳米线阵列的鼓形结构的传感器,相比于D型结构,此结构拥有一对对称的传感平面,另传感器结构的可操作性更加灵活。两个传感平面分别可以测量不同的待测介质,可提高检测效率。重点分析了两个不同金属材料作用时的色散特性并提出了共振耦合简并现象。最后,设计了一种双纤芯圆柱形纳米线阵列的D型传感器,利用多纤芯结构进一步提高了传感器的灵敏度。分析了金、银两种金属材料最终对传感器灵敏度的影响,最终在有限元法选择最优结构参数的条件下,传感器的灵敏度可提高至7000nm/RIU。
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