發(fā)布時間：2021-08-19 19:02

　　為了實現(xiàn)光子晶體光纖在近紅外波段下的高靈敏度傳感,設(shè)計了一種基于表面等離子體共振的光子晶體光纖（SPR-PCF）折射率型傳感器。光纖內(nèi)部的空氣孔呈六邊形排列,金納米層完全包覆光纖外璧并與圓形待測物通道接觸。利用有限元矢量軟件COMSOL對SPR-PCF傳感器的光學特性進行數(shù)值模擬仿真,得到不同待測物折射率的共振波長并繪制出纖芯損耗光譜,通過纖芯損耗光譜來對SPR-PCF傳感器的傳感特性進行分析。實驗結(jié)果表明,其折射率測量區(qū)間為1.31～1.38,最大光譜靈敏度為104 nm/RIU,最大振幅靈敏度為200RIU^-1,折射率測量精度為2.94×10^-5RIU。 

【文章來源】：半導體光電. 2020,41(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

SPR-PCF傳感器設(shè)計平面圖

等離子體材料厚度的變化對SPR-PCF傳感器傳感特性的影響十分明顯。通過圖2的纖芯損耗光譜可知，當金納米層厚度tg由40nm增大到50nm時，共振波長向長波長方向移動，由0.93μm增加到0.95μm，損耗峰值不斷減少。當金納米層厚度為45nm時，其損耗為218.05dB/cm，共振波長為0.94μm，測量共振波長效果最佳�？諝饪字睆絛對SPR-PCF傳感器傳感特性具有十分重要的影響�？諝饪椎拇嬖诖_保入射光可以在纖芯中進行傳輸，也可以滿足基模與等離子模相位匹配條件。圖3顯示出當空氣孔直徑d增大時，損耗峰值不斷下降，這是因為空氣孔的增大抑制了光纖中表面等離子效應的產(chǎn)生，導致金納米層周圍模場減小，所以傳輸損耗不斷減少，共振波長也發(fā)生了紅移效應，當d為0.72μm時，其共振效果較為明顯。

空氣孔直徑d對SPR-PCF傳感器傳感特性具有十分重要的影響。空氣孔的存在確保入射光可以在纖芯中進行傳輸，也可以滿足基模與等離子模相位匹配條件。圖3顯示出當空氣孔直徑d增大時，損耗峰值不斷下降，這是因為空氣孔的增大抑制了光纖中表面等離子效應的產(chǎn)生，導致金納米層周圍模場減小，所以傳輸損耗不斷減少，共振波長也發(fā)生了紅移效應，當d為0.72μm時，其共振效果較為明顯。圖4示出空氣孔間距Λ變化時的纖芯損耗光譜。從圖中可以看出，隨著空氣孔間距Λ不斷增加，光纖纖芯損耗不斷減少。主要原因為纖芯折射率與包層折射率差值減少，光在纖芯中被約束，能量不斷被限制在纖芯中，使得纖芯損耗減少。當空氣孔間距Λ為1.5μm時，共振現(xiàn)象最為明顯。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高溫再生光纖光柵溫度傳感器封裝技術(shù)[J]. 薛淵澤,王學鋒,唐才杰,藍天.  傳感器與微系統(tǒng). 2019(05)

博士論文
[1]基于表面等離子體共振及多包層光纖的光纖器件研究[D]. 翁思俊.北京交通大學 2018

碩士論文
[1]D型光子晶體光纖表面等離子體傳感機理研究[D]. 李宏偉.中國礦業(yè)大學 2019
[2]光子晶體光纖SPR氣體傳感機理及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王猛.中國礦業(yè)大學 2019
[3]基于金納米層或液體填充光子晶體光纖的偏振濾波器和傳感器研究[D]. 馮新星.燕山大學 2018



本文編號：3351969