新型微结构光纤表面等离子体共振传感器的研究

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传感技术是获取信息的关键技术,关乎着未来科技的发展与进步,而它的发展归根结底在于新型传感器器件的研究。近年来,微结构光纤作为一种新型光纤,广泛应用在物理、化学、生物医疗等领域。与传统光纤相比,微结构光纤预制棒拉制灵活,含有多层孔结构,易于优化光场分布,为传感器设计提供了新的思路,这对于表面等离子体传感器件向集成化和小型化发展有重要的意义。本论文主要围绕基于新型微结构光纤的表面等离子体共振传感器展开了理论和实验研究,主要内容及创新点如下:1.介绍了微结构光纤和表面等离子体共振的基本概念、特点及其发展状况,并详细分析了表面等离子体共振传感器的基本原理。2.设计了一种新型微结构光纤表面等离子体共振传感器。采用Drude-Lorentz模型以及有限元的方法,对含纳米金层的微结构光纤表面等离子体共振传感器进行了理论分析。研究结果表明:该种结构的传感器最大灵敏度为1.68×104nm/RIU,最大探测极限为5.9×10-6RIU。此外,作为对比,研究了相同结构与理论模型下含纳米银层的传感器的特性,它具有更高的灵敏度、信噪比以及品质因数。但是由于金在化学性质上比银要更加稳定,所以在实际应用中常采用金作为激发表面等离子体共振的材料。3.采用易于实现、成本较低、操作安全的自组装单层膜技术在光纤表面初步进行了涂覆实验。测试结果表明,该方法能够在光纤表面进行纳米金颗粒的局部涂覆,由于该种技术不受光纤形状、大小等物理因素的影响,所以它可以应用于微结构光纤孔隙内壁表面纳米金颗粒的单层涂覆。但是要成功地涂上一层高质量均匀的单层金颗粒,需要注意样品表面的预处理、实验中溶液的PH值、温度、时间等因素。
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