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表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)具有不需标记、可实时无损检测等优点,在生物、医学、化学传感等领域都获得了十分广泛的应用,其中,以侧边抛磨光纤(Side Polished Fiber,SPF)为基底的传感器能有效利用倏逝场来激发SPR效应,具有体积小、灵活性好、可在线实时传输的优点。研究表明,通过在传统的SPR结构上添加特定的介质膜层,可在原有光波导结构的基础之上增强光学模场,从而能有效地提高SPR传感性能,因此,本文在侧边抛磨光纤SPR的基础上,提出了增加介质薄膜改进传感器性能,并从理论上分析其产生的机理及性能特性,设计出最优化的方案,从而增强SPR传感性能,并实验制作了传感器,完成了传感器的性能测试。本文主要有以下内容:第一章,绪论。综述SPR技术的发展、SPR主要性能参数以及侧边抛磨光纤SPR传感器的优势,从中引出传统SPR结构在现有的传感领域应用当中存在的一些不足,接着分别从单层介质膜增强(长程SPR)与多层介质膜增强(光子晶体结构改进的SPR结构)的角度分析介质膜增强的SPR研究现状,并利用对研究SPR传感器的更综合的参数——品质因数,由此提出了利用介质膜增强侧边抛磨光纤SPR传感器性能的研究。第二章,SPR原理以及研究方法。详细介绍SPR的原理以及产生条件,并利用传输矩阵法对介质膜增强性能的侧边抛磨光纤SPR传感结构的理论研究方法进行推导分析。第三章,氟化镁增强的长程SPR传感器仿真与优化。根据长程SPR增强的原理提出了缓冲层为氟化镁的侧边抛磨光纤长程SPR传感器,并对传感器进行优化分析,理论计算结果表明最优结构在外环境折射率为1.333 RIU~1.363 RIU时的灵敏度为3201 nm/RIU,是理论研究的基于侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.1倍;半高宽为27.2 nm,比理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构降低了12.3%;品质因数为118 RIU-1,是理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.26倍。第四章,长程SPR传感器的制备与折射率传感性能测试实验。根据第三章优化结果,制备缓冲层为氟化镁的侧边抛磨光纤长程SPR传感器,实验结果表明,该结构在外环境折射率为1.333~1.360时的灵敏度为1603 nm/RIU,是实验研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.05倍;半高宽为47.8 nm,比实验研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构降低了7.7%;品质因数为33.54 RIU-1,是实验研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.14倍。第五章,光子晶体增强的SPR传感器仿真与优化。根据光子晶体增强倏逝场原理提出了光子晶体增强的侧边抛磨光纤长程SPR传感器,并对传感器进行优化分析,理论计算结果表明最优结构在外环境折射率为1.333 RIU~1.363 RIU时的灵敏度为2261 nm/RIU,比理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR降低了22.3%;半高宽为9.4 nm,比理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR降低了69.7%;品质因数达到了240.53 RIU-1,是理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的2.56倍。接着,在该结构基础上提出利用光子晶体与石墨烯表面增强的SPR传感器,理论计算结果表明最优结构在外环境折射率为1.333 RIU~1.363 RIU时的灵敏度为2121 nm/RIU,比侧边抛磨光纤传统SPR降低了27%;半高宽为10.4 nm,比侧边抛磨光纤传统SPR降低了66.4%。综上所述,本文提出的新型结构的介质膜增强的SPR传感器可实现更高的品质因数,其中,仿真分析的氟化镁增强的侧边抛磨光纤长程SPR传感器的品质因数是理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.22倍;折射率传感实验的氟化镁增强的侧边抛磨光纤长程SPR传感器的品质因数是侧边抛磨光纤传统SPR结构的1.14倍;光子晶体与石墨烯表面增强的侧边抛磨光纤长程SPR传感器的品质因数是理论研究的侧边抛磨光纤传统SPR结构的2.17倍。由此可见介质膜增强的侧边抛磨光纤SPR传感器较之传统SPR传感器具有更优异的性能,具有较高的研究价值与发展潜力,有望在化学,生物学等领域得到重要的应用。