【摘要】：設(shè)計(jì)了一種基于U型結(jié)構(gòu)的單模光纖表面等離子體共振折射率傳感器,采用在移除部分包層并彎曲成U型固定后的單模光纖表面鍍金納米層和TiO2調(diào)制層的方式,實(shí)現(xiàn)表面等離子體共振的激發(fā).利用有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics,研究了不同彎曲半徑和TiO2調(diào)制層厚度對(duì)傳感性能的影響.通過對(duì)四種彎曲半徑(R=0.3cm,0.5cm,0.8cm,1cm)的分析,結(jié)果表明隨著彎曲半徑增大,表面等離子體共振信號(hào)強(qiáng)度增大且峰值波長(zhǎng)有微小的藍(lán)移.在彎曲半徑為0.5cm的條件下,研究了TiO2調(diào)制層厚度從0變化到40nm對(duì)傳感器性能的影響,結(jié)果表明隨著TiO2調(diào)制層厚度增大,表面等離子體共振峰峰值波長(zhǎng)紅移且對(duì)外界折射率變化的靈敏度顯著增大.在彎曲半徑為0.5cm,TiO2調(diào)制層厚度為40nm的條件下,傳感器在低折射率區(qū)(nd=1.333)靈敏度達(dá)到了5 959nm/RIU,高折射率區(qū)(nd=1.383)靈敏度達(dá)到了11 092nm/RIU.與沒有調(diào)制層的結(jié)果相比,靈敏度提高了一倍左右.
[Abstract]:A single-mode fiber surface plasmon resonance refractive index sensor based on U-shaped structure was designed. The gold-plated nano-layer and TiO2 modulation layer on the surface of single-mode fiber were fabricated by removing part of the cladding and bending into the U-shaped fixed surface. Surface plasmon resonance excitation is realized. The effects of different bending radius and the thickness of TiO2 modulation layer on the sensing performance are studied by using the finite element simulation software COMSOL Multiphysics,. Through the analysis of four bending radii (R = 0.3cm, 0.5cm, 0.8cm, 1cm), the results show that with the increase of bending radius, the intensity of surface plasmon resonance (SPR) signal increases and the peak wavelength has a small blue shift. When the bending radius is 0.5cm, the effect of the thickness of TiO2 modulation layer from 0 to 40nm on the performance of the sensor is studied. The results show that the thickness of TiO2 modulation layer increases with the increase of the thickness of the modulation layer. The peak wavelength of the surface plasma resonance peak is redshifted and the sensitivity to the change of external refractive index is significantly increased. When the bending radius is 0.5 cm and the thickness of TIO 2 modulation layer is 40nm, the sensitivity of the sensor in the low refractive region (nd=1.333) and the high refractive index region (nd=1.383) is 5 959 nm and 11 992 nm respectively, and the sensitivity of the sensor in the low refractive region (nd=1.333) is 5 959 nm and the sensitivity of the high index region (nd=1.383) is 11 992 nm. Compared with the results without modulation layer, the sensitivity is about doubled.
【作者單位】： 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院天津大學(xué)光纖傳感研究所天津市光纖傳感工程中心天津大學(xué)光電信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(Nos.61108070,61227011,61378043,61475114) 國(guó)家儀器專項(xiàng)(No.2013YQ030915)資助~~
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：2452187