為了在中紅外區(qū)域實現(xiàn)氣凝膠、七氟醚(麻醉劑重要成分)等物質的折射率檢測,拓展折射率檢測范圍,提出了一種基于雙芯光子晶體光纖的表面等離子體共振低折射率傳感器.光子晶體光纖由兩種大小不同的空氣孔圍繞中心氣孔構成,通過對光纖拋磨,最外側大空氣孔直接與待測物質接觸,實現(xiàn)基于金屬外涂覆的折射率實時測量.采用全矢量有限元法對該傳感器的理論模型進行分析,結果表明,在1.12～1.37折射率范圍內,傳感器的共振波長位于中紅外區(qū)域2 505～3 181nm,最高靈敏度為12 000nm/RIU,分辨率為8.33×10-6.該傳感器利用中紅外波段實現(xiàn)了低折射率檢測,并且獲得了超寬的檢測范圍和較高的靈敏度,在化工檢測、生物醫(yī)學傳感以及水環(huán)境監(jiān)測等領域具有廣泛的應用前景.

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【部分圖文】：

圖1基于雙芯光子晶體光纖的表面等離子體共振傳感器的橫截面示意圖

基于雙芯光子晶體光纖的中紅外表面等離子體共振折射率傳感器的橫截面如圖1，該結構由兩種大小不同的空氣孔圍繞中心氣孔組成．中心氣孔半徑為r0，大小空氣孔半徑分別為rw、r1，空氣孔間距為Λ．將纖芯附近靠近外界的位置設計為一個大空氣孔，替代原有的兩個小空氣孔．將纖芯左右兩側也設為大空氣....

圖2基模和SPP模的色散關系、模場分布以及傳感器損耗譜

圖2為該雙芯光子晶體光纖SPR傳感器的原理．從插圖（a）、（b）中可以看出，在遠離相位匹配波長時，基模與SPP模分別被局限在纖芯及金屬膜層中．從插圖（c）中可以看出，在發(fā)生相位匹配時，基模的部分能量耦合至金屬膜層中傳輸，表現(xiàn)為基模限制損耗急劇增大，損耗譜出現(xiàn)共振峰，此時的入射光波....

圖3不同中心氣孔半徑下的基模損耗譜以及基模模場分布

圖3(a）為不同的中心氣孔半徑r0對傳感器共振波長和損耗峰值的影響．由圖可知，當中心氣孔半徑由1.6μm變化至2.2μm時，共振峰分別為2531nm、2540nm、2546nm、2550nm，呈現(xiàn)向長波長方向漂移的現(xiàn)象，且損耗峰值（177dB/cm、217dB/cm、23....

圖4不同中心氣孔下相位匹配處的基模有效折射率實部及共振波長

圖4為不同中心氣孔下相位匹配處的基模有效折射率實部及共振波長變化曲線．由圖可知，當r0從1.6μm增加至2.2μm時，Δλpeak明顯增加；而當r0繼續(xù)增加至5.2μm時，Δλpeak仍在增加，但其變化十分微弱．可以看出隨著中心氣孔半徑r0由1.6μm變化至5.2μm，共振波長連....

本文編號：3903108