光子晶體光纖因其結(jié)構(gòu)上的獨特性和設(shè)計上的靈活性,可在其空氣孔內(nèi)選擇性填充各類敏感介質(zhì),使光纖的傳輸及模式特性發(fā)生改變,從而設(shè)計出高靈敏度的可調(diào)諧器件,在傳感領(lǐng)域尤顯優(yōu)勢——抗電磁干擾、集傳感和傳輸于一身,從而為設(shè)計高性能傳感器提供了新思路,因此進行填充型混合機制光子晶體光纖傳感的研究具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。本文提出了一種基于表面等離子共振效應(yīng)的液晶填充光子晶體光纖電壓傳感結(jié)構(gòu),采用全矢量有限元軟件COMSOL Multiphysics對所設(shè)計PCF結(jié)構(gòu)的傳感特性進行了仿真模擬和數(shù)值分析,并討論了光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)對電壓傳感特性的影響。通過優(yōu)化得到單一空氣孔鍍有40nm納米金薄膜、空氣孔直徑為0.42Λ、孔間距為8μm的三層空氣孔PCF結(jié)構(gòu),在0⁵0V低電壓范圍內(nèi)電壓傳感靈敏度最高可達1.94nm/V,且在36V安全電壓以內(nèi)具有很好的線性度。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計出了一種基于表面等離子共振和定向耦合效應(yīng)的填充型光子晶體光纖電磁雙參量傳感結(jié)構(gòu),對該結(jié)構(gòu)的電磁傳感特性進行了仿真模擬和數(shù)值分析,并對PCF結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化,最終取得較高靈敏度。在90²

【文章來源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PCF典型結(jié)構(gòu)

體（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效應(yīng)進測，并在生物領(lǐng)域得以應(yīng)用。由于 SPR 傳感器靈敏度較高，逐漸成為了研究的熱于SPR效應(yīng)的傳感器需要入射光波與表面等離子體發(fā)生共振耦合，因此應(yīng)借助輔助所用器件種類的不同，可將 SPR 傳感器分為棱鏡型[47-48]、光柵型[49]和光纖型[50]，論光纖型 SPR 傳感器（PCF-SPR）。根據(jù)金屬在 PCF 位置的不同，可將 PCF-SPR 傳感器分為三種類型：空氣孔內(nèi)表SPR 傳感器[51-52]、外表面鍍膜 PCF-SPR 傳感器[53]和納米線 PCF-SPR 傳感器[54-55]最多的內(nèi)表面鍍膜傳感器包括纖芯空氣孔鍍膜結(jié)構(gòu)、懸芯結(jié)構(gòu)、大半圓結(jié)構(gòu)和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 傳感器，如圖 1.2 所示，纖芯處作用是減小纖芯有效折射率，從而有利于滿足 SPR 共振條件；直到 2011 年，Guan 改進設(shè)計了一種六角結(jié)構(gòu) PCF-SPR 傳感器，兩層空氣孔被簡化為一層空氣孔，使制備難度大幅降低。該傳感器在折射率 1.33-1.345 范圍內(nèi)靈敏度達到 1000nm/RIU

體（Surface Plasmon, SP）的概念。1983 年，Liedberg[46]等人首次利用 SPR 效應(yīng)進測，并在生物領(lǐng)域得以應(yīng)用。由于 SPR 傳感器靈敏度較高，逐漸成為了研究的熱于SPR效應(yīng)的傳感器需要入射光波與表面等離子體發(fā)生共振耦合，因此應(yīng)借助輔助所用器件種類的不同，可將 SPR 傳感器分為棱鏡型[47-48]、光柵型[49]和光纖型[50]，論光纖型 SPR 傳感器（PCF-SPR）。根據(jù)金屬在 PCF 位置的不同，可將 PCF-SPR 傳感器分為三種類型：空氣孔內(nèi)表SPR 傳感器[51-52]、外表面鍍膜 PCF-SPR 傳感器[53]和納米線 PCF-SPR 傳感器[54-55]最多的內(nèi)表面鍍膜傳感器包括纖芯空氣孔鍍膜結(jié)構(gòu)、懸芯結(jié)構(gòu)、大半圓結(jié)構(gòu)和六。2006 年 A. Hassani 等人[57]第一次提出了 PCF-SPR 傳感器，如圖 1.2 所示，纖芯處作用是減小纖芯有效折射率，從而有利于滿足 SPR 共振條件；直到 2011 年，Guan 改進設(shè)計了一種六角結(jié)構(gòu) PCF-SPR 傳感器，兩層空氣孔被簡化為一層空氣孔，使制備難度大幅降低。該傳感器在折射率 1.33-1.345 范圍內(nèi)靈敏度達到 1000nm/RIU

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于酒精與磁流體填充的單模-空芯-單模光纖結(jié)構(gòu)溫度磁場雙參數(shù)傳感器[J]. 趙勇,蔡露,李雪剛,呂日清.  物理學(xué)報. 2017(07)
[2]基于SPR效應(yīng)和缺陷耦合的光子晶體光纖高靈敏度磁場與溫度傳感器[J]. 朱晟昦,譚策,王琰,高源,董碧成,馬翰林,劉海.  中國激光. 2017(03)
[3]基于表面等離子體共振和定向耦合的D形光子晶體光纖折射率和溫度傳感器[J]. 施偉華,尤承杰,吳靜.  物理學(xué)報. 2015(22)
[4]基于焦耳熱的光纖布喇格光柵電壓傳感器研究[J]. 米林,楊德興,姜亞軍,王美蓉,郭鈺寧,屈俊榮.  光子學(xué)報. 2014(09)
[5]反射式摻雜液晶光子晶體光纖電場傳感實驗研究[J]. 孟慶瑩,任廣軍,李敬輝,姚建銓.  光電子.激光. 2012(09)
[6]雙孔光子晶體光纖光學(xué)電壓傳感方案研究[J]. 蘆鑫,畢衛(wèi)紅,麻碩,劉豐.  中國激光. 2011(11)
[7]微孔光纖表面等離子體共振傳感特性分析[J]. 關(guān)春穎,苑立波,史金輝.  光學(xué)學(xué)報. 2011(02)
[8]光子晶體光纖拉制中工藝參數(shù)的控制[J]. 郭鐵英,婁淑琴,李宏雷,簡水生.  物理學(xué)報. 2009(09)
[9]基于壓電陶瓷的高靈敏度光纖光柵電壓傳感器[J]. 鐘麗娜,孫洪雷.  重慶工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(01)
[10]利用改進的堆積法制備微結(jié)構(gòu)光纖[J]. 郭巍,周桂耀,倪永婧,侯藍(lán)田.  光電子·激光. 2006(09)

博士論文
[1]多芯光子晶體光纖激光器及光子晶體光纖表面等離子體共振傳感研究[D]. 鄭一博.天津大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于不同填充方式的光子晶體光纖磁場和溫度傳感的研究[D]. 尤承杰.南京郵電大學(xué) 2016
[2]全光纖干涉式電磁場傳感器研究[D]. 韓猛.重慶大學(xué) 2012
[3]光子晶體光纖光柵傳感特性的研究[D]. 劉耀輝.南京郵電大學(xué) 2011
[4]液晶光子晶體光纖的傳感機理研究[D]. 楊楊.北京交通大學(xué) 2010



本文編號：3616989