【摘 要】
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基于光子晶体光纤（PCF）的表面等离子体共振（SPR）传感器具有灵敏度高,尺寸小,应用领域广等优良特性,在折射率检测和温度传感等方面有着巨大的研究价值。本文基于全矢量有限元法,设计了三种不同的光子晶体光纤SPR传感结构分别实现折射率检测和温度传感,并对其特性进行理论分析研究。主要工作如下:（1）设计一种同时具有高灵敏度和高分辨率的单芯PCF-SPR传感器。包层由两层气孔组成,仅选用金作为等离子体材
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基于光子晶体光纤（PCF）的表面等离子体共振（SPR）传感器具有灵敏度高,尺寸小,应用领域广等优良特性,在折射率检测和温度传感等方面有着巨大的研究价值。本文基于全矢量有限元法,设计了三种不同的光子晶体光纤SPR传感结构分别实现折射率检测和温度传感,并对其特性进行理论分析研究。主要工作如下:（1）设计一种同时具有高灵敏度和高分辨率的单芯PCF-SPR传感器。包层由两层气孔组成,仅选用金作为等离子体材料,并把金镀在PCF包层外,从而降低制造难度和工艺复杂度。采用有限元法进行仿真分析,研究传感器不同的结构参数对传感器性能的影响,通过调整传感器的结构参数,设计出性能优良的PCF-SPR传感器。数值分析表明在1.39-1.43的折射率范围内,该传感器具有21200nm/RIU的超高灵敏度,对应的分辨率为4.72×10-6RIU。该传感器在生物化学、生物介质折射率检测领域具有重要的应用价值。（2）设计一种外部填充温敏材料的双芯PCF-SPR温度传感器。包层中存在中心气孔以降低基模的有效折射率,促进基模与表面等离子体模耦合。在包层外镀金作为等离子体材料,并在纤芯区域外部填充具有高温敏系数的温敏材料以实现温度传感,同时考虑温度对基底材料和金属的影响,以提高传感的准确性。采用有限元法分析不同参数对传感器性能的影响,发现在0℃到70℃的范围内,有着-4.5nm/℃的平均灵敏度,对应的分辨率为0.0031746℃。该传感器在温度传感领域具有潜在的应用价值。（3）设计一种内部填充温敏材料的方形排列PCF-SPR温度传感器。该传感器的包层主要由两层方形排列的气孔组成,在外层空气孔内壁选择性镀金膜,并在外层气孔都填充温敏材料,促进表面等离子体模与基模耦合,从而提高灵敏度。采用有限元法对该结构进行分析,同时考虑温度对基底材料和金属的影响,通过结构优化,发现在0℃到60℃的范围内,该传感器可以达到的平均灵敏度为-8.25nm/℃,对应的分辨率为0.0020202℃。该传感器在温度传感领域具有重要的应用价值。
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