基于多模干涉型光纤传感器的葡萄糖传感特性研究

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光纤生物传感器相较于传统的生物传感器,具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、成本低等优点,近年来在传感领域得到了飞速的发展,并广泛应用于生物、医学、食品、军事等多个领域。葡萄糖在生物医学领域具有非常重要的地位,是人与其他动物的主要供能物质,因此对于葡萄糖浓度的检测技术十分重要。基于此,本文详细介绍了多模干涉原理以及基于该原理的SMS型光纤结构(单模-多模-单模)传感器,并运用光束传播法,对SMS型光纤结构的传输光场分布情况进行了模拟仿真,分析了多模光纤的参数变化会改变SMS型光纤传感器的透射光谱。最后,实验构建腐蚀型SMS型光纤葡萄糖传感器系统,并对传感器进行了折射率实验和葡萄糖浓度传感实验。本文的主要内容叙述如下:1.介绍了多种葡萄糖传感器的理论方法以及在传感领域的应用,分析了各传感器的特点。着重介绍了基于多模干涉原理的SMS型光纤传感器的发展历程,并基于该传感器的特点,分析其能作为本研究的基础的可行性,实现对葡萄糖的浓度传感实验。2.阐述了单模光纤和多模光纤的区别,以及耦合模理论与多模干涉的原理,并进一步阐述了光纤表面的倏逝波传感原理。通过理论推导得出了多模光纤谐振波长与倏逝波的穿透深度的计算公式,并根据公式,分析了腐蚀型SMS光纤传感器的可行性,为本文后续的研究分析提供相应的理论基础。3.运用仿真软件beamprop模拟了单模-多模-单模型结构光纤内部的传输光场的分布情况。分析当改变多模光纤的入射波长、纤芯大小、多模光纤的长度均会对其传输光场造成改变,并影响其透射光谱。进一步为实验设计提供参考。4.设计并制作了 2种腐蚀型SMS型的光纤传感器,然后对该结构光纤进行了不同浓度葡萄糖折射率实验,验证了其对折射率的敏感性,其折射率灵敏度分别为91.61nm/RIU和27.297nm/RIU。之后基于固定化酶技术,将传感器固定酶后进行葡萄糖传感实验,测量其灵敏度分别为2.7pm/(mg/ml)和2.8pm/(mg/ml),并进行了传感器的特异性检测实验,验证了该传感器的可行性。
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