【摘 要】
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微结构光纤因其独特的结构和特性吸引了越来越多的学者在光纤通信、光纤传感等其他领域对其进行研究。表面等离子共振技术对金属表面折射率变化十分敏感,这一特性使其应用在很多的传感设备中。近来,微结构光纤在表面等离子共振传感中得到了积极的研究。与其他配置例如棱镜和常规光纤相比,微结构光纤的优势在于可以实现理想的导向性和合理的机械强度。本文主要对微结构光纤表面等离子共振传感器进行介绍,针对传感器制造过程太过复
【基金项目】
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河北省自然科学基金(F2019202294);
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微结构光纤因其独特的结构和特性吸引了越来越多的学者在光纤通信、光纤传感等其他领域对其进行研究。表面等离子共振技术对金属表面折射率变化十分敏感,这一特性使其应用在很多的传感设备中。近来,微结构光纤在表面等离子共振传感中得到了积极的研究。与其他配置例如棱镜和常规光纤相比,微结构光纤的优势在于可以实现理想的导向性和合理的机械强度。本文主要对微结构光纤表面等离子共振传感器进行介绍,针对传感器制造过程太过复杂的问题和高折射率探测的挑战,重点介绍了D型和开口型微结构光纤表面等离子共振传感器,并在其基础上提出了以下三种基于微结构光纤表面等离子共振的温度传感器。(1)基于全实芯D型可同时实现折射率和温度传感的微结构光纤表面等离子共振传感器。折射率传感部分是通过在光纤D形结构的平面上涂覆银膜形成的,温度传感部分是通过将银纳米线和液体混合物(传感介质)填充到光纤的唯一的空气孔中构成的。该设计支持了x和y偏振方向的两个独立峰,用于区分对折射率和温度的传感。针对传感器的耦合性能和传感性能以及银纳米线在气孔中的位置对传感器的影响进行了研究。数值结果表明,温度在-3℃至15℃的范围内,最大灵敏度为4.22 nm/℃。(2)基于D型侧开口空芯微结构光纤表面等离子共振传感器,该传感器在光纤D形轮廓的表面涂覆金膜。当传感器完全浸入分析物溶液中时,分析物将充满纤芯,同时D形平面的金属层与分析物接触。当传感器部分浸入分析物溶液时,仅纤芯充满分析物。针对这两种情况进行研究分析,结果显示所提出的传感器可以探测高折射率的分析物,并且当其仅纤芯部分浸入分析物中时显示出更高的灵敏度。这证明了该传感器可以提供抗金属涂层干扰的能力。同时,该传感器可以方便地涂上金属膜,并提供了实时传感的可能性。(3)基于侧面开口的空芯微结构光纤表面等离子共振温度传感器,光纤的侧面开口使填充传感介质更加方便。此外,该传感器可以实现对高折射率传感介质的探测。使用有限元方法分析了传感器的耦合特性,传感性能和制造误差。仿真结果表明,当使用苯作为传感介质时,在13.27-50.99℃的温度范围内,x偏振纤芯模式的最大灵敏度为3.21 nm/℃,在14.55-51.19℃的温度范围内,y偏振纤芯模式的最大灵敏度为4.98nm/℃。同时,在制作中传感器制造误差在±10%的范围内均显示出良好的稳定性。
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