本文關(guān)鍵詞：新型光子晶體光纖SPR傳感結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與特性研究

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【摘要】：PCF-SPR是近年來發(fā)展起來的一種新型傳感技術(shù),因其獨(dú)特的光學(xué)特性在生物醫(yī)學(xué)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。本文利用全矢量有限元法COMSOL多物理場耦合軟件對(duì)三種不同PCF-SPR傳感器的傳感特性進(jìn)行數(shù)值分析,為傳感結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。提出一種基于銀膜的多孔多芯PCF-SPR傳感器。利用損耗譜分析法研究銀膜厚度、待測介質(zhì)折射率、各孔洞的尺寸等參數(shù)對(duì)損耗譜的影響及其變化規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明,在1.33-1.42折射率范圍內(nèi),其光譜靈敏度為4500nm/RIU,相應(yīng)的折射率分辨率高達(dá)2.22?10-5RIU,其振幅靈敏度為1013RIU-1,相應(yīng)的折射率分辨率高達(dá)2.27?10-6 RIU。設(shè)計(jì)一種新型高雙折射PCF-SPR傳感器。該模型僅在中心對(duì)稱位置兩個(gè)外層待測溶液通道內(nèi)表面鍍有金膜,使其具有中心非對(duì)稱結(jié)構(gòu)而引入雙折射;利用雙折射分析法研究該傳感器的傳感特性。研究結(jié)果表明,待測液體折射率在1.34-1.48范圍內(nèi)時(shí),其平均光譜靈敏度為1130.95nm/RIU,與之相應(yīng)的線性度為0.99741,其折射率分辨率高達(dá)1?10-4RIU。這種新型的雙折射PCF-SPR傳感器具有高靈敏度、高線性度、高分辨率的傳感特性。提出一種新型的PCF-SPR溫度傳感器。利用損耗譜分析法數(shù)值計(jì)算各個(gè)參數(shù)對(duì)其溫度傳感特性的影響因素及其規(guī)律。結(jié)果表明,當(dāng)外界環(huán)境溫度在0℃到100℃范圍內(nèi)變化時(shí),其平均溫度靈敏度為3080 pm/℃,相應(yīng)線性度為0.9984,溫度分辨率高達(dá)0.03125℃。與其他光纖傳感器相比,該新型PCF-SPR溫度傳感器,具有結(jié)構(gòu)簡單、易于鍍膜及拉制的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用潛力巨大。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體光纖 表面等離子體共振 傳感器 傳感特性
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O734;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景及意義9
• 1.2 表面等離子體共振傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 棱鏡型表面等離子體共振傳感器9-10
• 1.2.2 光纖型表面等離子體共振傳感器10-11
• 1.2.3 光纖光柵型表面等離子體共振傳感器11-12
• 1.2.4 光子晶體光纖型表面等離子體共振傳感器12-15
• 1.3 主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 PCF-SPR傳感技術(shù)的理論基礎(chǔ)16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 表面等離子體共振技術(shù)16-18
• 2.2.1 表面等離子體波16-17
• 2.2.2 表面等離子體共振激發(fā)原理17-18
• 2.3 光子晶體光纖的基本理論18-21
• 2.3.1 光子晶體光纖的波動(dòng)方程18-20
• 2.3.2 光子晶體光纖的導(dǎo)光機(jī)制20-21
• 2.4 PCF-SPR傳感技術(shù)21-23
• 2.4.1 PCF-SPR共振傳感原理21
• 2.4.2 PCF-SPR傳感器光譜分析方法21-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 多孔多芯銀膜PCF-SPR傳感器的設(shè)計(jì)與特性研究24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 多孔多芯銀膜PCF-SPR傳感器的理論模型24-25
• 3.3 多孔多芯銀膜PCF-SPR傳感器傳感特性的研究25-31
• 3.3.1 多孔多芯銀膜PCF-SPR傳感器的模式分析25-27
• 3.3.2 銀膜厚度對(duì)傳感特性的影響27
• 3.3.3 待測溶液通道的尺寸對(duì)傳感特性的影響27-28
• 3.3.4 包層空氣孔尺寸對(duì)傳感特性的影響28-29
• 3.3.5 空氣孔間距對(duì)傳感特性的影響29
• 3.3.6 待測液體折射率對(duì)傳感特性的影響29-31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 第四章 高雙折射PCF-SPR傳感器的設(shè)計(jì)與特性研究33-41
• 4.1 引言33
• 4.2 高雙折射PCF-SPR傳感器的理論模型33-34
• 4.3 高雙折射PCF-SPR傳感器傳感特性的研究34-40
• 4.3.1 高雙折射PCF-SPR傳感器的模式分析34-36
• 4.3.2 金膜厚度對(duì)傳感特性的影響36
• 4.3.3 外層待測溶液通道的尺寸對(duì)傳感特性的影響36-37
• 4.3.4 包層空氣孔尺寸對(duì)傳感特性的影響37-38
• 4.3.5 中心空氣孔尺寸對(duì)傳感特性的影響38
• 4.3.6 待測液體折射率對(duì)傳感特性的影響38-40
• 4.4 本章小結(jié)40-41
• 第五章 基于PCF-SPR溫度傳感器的設(shè)計(jì)與特性研究41-49
• 5.1 引言41
• 5.2 基于PCF-SPR溫度傳感器的理論模型41-43
• 5.3 基于PCF-SPR溫度傳感器傳感特性的研究43-47
• 5.3.1 基于PCF-SPR溫度傳感器的模式分析43-45
• 5.3.2 溫度不同對(duì)傳感特性的影響45-46
• 5.3.3 金膜厚度對(duì)溫度傳感特性的影響46-47
• 5.4 本章小結(jié)47-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-56
• 發(fā)表文章目錄56-61
• 致謝61-62

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本文編號(hào)：533807