基于计算机仿真的微结构光纤SPR增强的折射率传感特性研究

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计算机仿真技术是在计算机软件上建立仿真模型并对该模型进行模拟实验研究。整个过程由计算机指令控制,可以重复进行无限次实验,并能快速找到最优的研究方案,与实际的实验过程相比大大缩减了工序。传感技术与人们的生活息息相关,其中光纤传感器由于小巧、轻便、灵敏度高等优势在传感检测领域显示出巨大的优势。但由于传感检测程序繁琐,使得实验周期较长,因此,利用计算机仿真技术简化实验流程显得尤为必要。本文利用计算机仿真技术模拟研究了微结构光纤折射率传感特性的影响因素,主要研究内容包括以下几方面:1.利用计算机仿真技术设计了一种侧抛型悬芯微结构光纤局域表面等离子体共振传感器,在Comsol仿真软件上建立悬芯微结构光纤包层表面侧抛模型。将纳米金属棒放置在凹槽内,该结构支持基模与表面等离子体波之间的共振。理论模拟了该结构在波长550~1200 nm范围的共振光谱特性。通过优化纳米金属棒的尺寸、数量和材料种类,在外界溶液折射率为1.40时折射率传感灵敏度达到了最大值8600 nm/RIU。2.利用计算机仿真技术建立了一种三层空气孔光子晶体光纤表面等离子体共振传感器模型,该模型的三层空气孔分别呈30°,45°,60°阵列排布,光纤外表面镀有50nm厚的金膜。该光纤结构同时支持LP01模和LP11模与表面等离子波之间的共振。理论模拟了该结构在波长550~1000nm范围内的共振光谱及其折射率传感灵敏度。通过优化内部的空气孔大小以及金属膜的厚度等参数,在外界溶液折射率为1.41时折射率传感灵敏度达到了最大值9300 nm/RIU。
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