【摘 要】
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近几十年来,随着光电子技术的发展,光学传感技术突飞猛进。尤其是光纤传感技术,在各种工业精密仪器、检测以及相关科学研究领域中发挥着越来越重要的作用。相较于传统的光纤传感器,光子晶体光纤结构设计灵活,具有多层空气孔结构,对于实现传感器的集成化和小型化具有重要意义。本文设计了一种新型的光子晶体光纤折射率传感器,该光子晶体光纤内部空气孔呈螺旋轨迹排列,在光子晶体光纤外表面进行双层膜涂覆,第一层先涂覆银作为
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近几十年来,随着光电子技术的发展,光学传感技术突飞猛进。尤其是光纤传感技术,在各种工业精密仪器、检测以及相关科学研究领域中发挥着越来越重要的作用。相较于传统的光纤传感器,光子晶体光纤结构设计灵活,具有多层空气孔结构,对于实现传感器的集成化和小型化具有重要意义。本文设计了一种新型的光子晶体光纤折射率传感器,该光子晶体光纤内部空气孔呈螺旋轨迹排列,在光子晶体光纤外表面进行双层膜涂覆,第一层先涂覆银作为表面等离子体共振材料,然后在银膜外又涂覆了一层15nm厚度的ZnO薄膜以防止银被氧化。在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法研究了空气孔大小、银膜厚度、传感区长度等因素对传感性能的影响,得到了传感器的最优结构参数,数值仿真研究结果表明:该传感器折射率测量范围是1.30-1.36,灵敏度最高可达5200nm/RIU,分辨率可达1.92×10-5RIU。为了扩大折射率传感器的测量范围,本文设计了基于Au膜加TiO2材料的折射率传感器,利用全矢量有限元法仿真分析传感器的结构参数及等离子体材料等因素对传感特性的影响,得到了最优结构。仿真结果表明,该传感器折射率测量范围是1.36-1.41,最高灵敏度9000nm/RIU,分辨率1.11×10-5RIU。本文所提出的PCF-SPR折射率传感器制作工艺简单,灵敏度高,并且组合以后可以对折射率范围在1.30到1.41内的液体进行检测,在环境、生物和生化分析物检测检测方面有着广泛的应用前景。
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