基于光纤折射率手征参量的传感研究

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利用表面等离子体效应(Surface Plasmon Resonance,SPR)进行参数传感,从理论研究、仿真设计到实验验证,一直以来都是生物医学、光学、电磁学等领域的研究热点。本文主要讨论了基于表面等离子体效应的光纤传感器对手征参数进行传感的原理与特性,以及可以实现手征参数与折射率双参数同时传感的结构与方法。本文主要取得的研究结果为:1.根据表面等离子体共振理论,研究了利用SPR光纤传感器实现手征参数传感的理论与方法。在Pasteur手征介质本构关系下,推导了手性介质对应的波方程以及其所对应的弱解形式下的手性介质波方程表达式,将其编入COMSOL Multiphysics有限元分析软件。基于该软件讨论并研究了对手征参数和折射率进行传感的SPR光纤的结构及其传感特性。2.基于光纤理论,研究分析了手性介质包裹下的D型单模光纤结构的光波模式及其色散特性,研究讨论了该结构对手征参数和折射率的传感特性。然后,研究并讨论了该结构下手征参数大小对于光纤传播光谱限制损耗的影响,以灵敏度、分辨率等传感器参数为指标,仿真分析了不同金属层、金属层厚度、抛磨深度不同结构对于手征参数传感特性的影响。3.基于光子晶体光纤理论,研究分析了手性介质包裹下的D型光子晶体光纤结构的光波模式及其色散特性,研究讨论了该结构对手征参数和折射率的传感特性,研究并讨论了该结构下手征参数大小对于光纤传播光谱限制损耗的影响,并与D型单模光纤传感进行了对比。然后,以灵敏度、分辨率等传感器参数为指标,仿真分析了不同金属层、金属层厚度、抛磨深度不同结构对于手征参数传感特性的影响。4.讨论分析了手征参数与折射率在同一传感器结构中对于光纤传播光谱限制损耗谐振峰的影响,发现两参数在谐振峰的漂移上具有相同的趋势。进而探究了基于两种不同灵敏度光纤传感器的仿真数据实现手征参数与折射率双参数同时传感的图解方法,举例说明了利用两种不同结构、不同灵敏度的传感器实现双参数传感的步骤。
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