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表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,简称SPR)传感技术具有高灵敏度,实时监测,免标记的特点,极其适用于检测液态样品特性,在生物分子作用分析和生物化学传感领域得到广泛的应用研究。通过深层优化,SPR技术还可以应用于卫生保健、医药品、环境监测和食品安全等领域。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,简称PCF)可以支持一系列的固体或液体基质填充在空气孔中,当光波在光子晶体光纤的纤芯中传导,会增大纤芯模式的倏逝波与填充物的接触面积,为紧凑型光流体器件的发展提供良好的平台。本论文基于金纳米层填充至PCF空气孔内壁的结构,研究了以下内容:(1)首先从理论上梳理了Kretschmann棱镜激发SPP的原因,进而延伸二维圆柱型波导激发SPP的条件。其次总结了PCF的导光机制及制备方法,最后按照环型金属纳米层的位置及形态不同,讨论了三类PCF-SPR结构,并提出PCF-SPR结构的实验制备方法。(2)采用Yariv的基于束缚模式的耦合模方程和超模理论,讨论了PCF-SPR结构中泄漏模式之间的两种模式耦合机制:模式的避免交叉和交叉效应。利用有限元算法计算了一种简单的PCF-SPR结构,计算结果表明模式耦合系数在PCF-SPR结构中耦合机制的改变有着的重要作用,这一点与理论结果相符。(3)设计出一种偏芯PCF-SPR(Side Core PCF-SPR,简称SCPCF-SPR)液体折射率传感器。SCPCF-SPR借鉴双芯PCF结构,增大了模式的交叠量,促使避免交叉效应产生,改善了SPR传感器固有的非线性响应属性。在1.33至1.43的液体折射率区间,传感器的最大灵敏度达到5000nm/RIU;在1.44至1.54液体折射率区间,传感器响应曲线表现出极高的线性度,平均灵敏度为9295nm/RIU。(4)设计出一种基于0阶表面等离子体模式(Surface Plasmon Polariton,简称SPP)的超宽单模单偏振PCF,利用级联环型金纳米层中位于金/液体界面的0阶SPP的相位选择特性及折射率敏感性,以及位于金/二氧化硅界面的2阶SPP的折射率不敏感性,实现了在第二通信波段内单一偏振光的传输,同时可通过调节温度或电磁等参量改变体系的共振条件以实现可调谐功能。当液体折射率为1.52时,该结构在第二通信波段拥有360nm的单模单偏振工作带宽,其偏振消光比大于30dB。同时,合适的液体折射率会促使避免交叉效应的出现从而提高两个相互正交的纤芯基模的损耗差值。通过改变环型金纳米层直径及厚度,我们发现该结构拥有较好的误差容忍度。该结构为可调谐、长带宽、高偏振消光比的PCF起偏器提供一个思路。