光纤表面等离子体共振光谱对待测介质折射率的响应特性研究

基于表面等离子体共振理论, 利用TFCalc软件仿真研究待测介质折射率在1.2到1.37范围内的光纤表面等离子体共振反射光谱特性。研究表明,入射角一定时,表面等离子体共振的最佳膜厚随待测介质折射率的减小而减小;当银膜厚度和入射角度不变时,表面等离子体共振波长随待测介质折射率的减小向短波长方向移动,共振吸收峰逐渐变窄,传感灵敏度提高。     

光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为了考查光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,基于单层膜表面Snell反射公式,利用MatLab软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,系统考查金膜厚度、待测介质介电常数以及入射到纤芯—金膜界面的入射角对反射光谱特性的影响.仿真结果表明:光纤SPR的共振波长随金膜厚度的增大而增大,随外界介质介电...     

表面等离子体共振传感器灵敏度仿真研究

为深入研究SPR传感器的传感特性,进一步提高传感器的灵敏度,应用TFCale软件仿真研究表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,考察金属敏感膜及敏感膜厚度对SPR传感器灵敏度的影响。仿真结果表明,当金属膜为Ag膜、厚度为60nm时,传感器灵敏度最高。应用MATLAB软件对表面等离子体共振传感器的主要灵敏度指标进行仿真研究,考察了不同的外界介质折射率和棱镜折射率对灵敏度的影响,仿真得出当棱镜折射率一定时,SPR传感器灵敏度与外界介质折射率之间的变化规律,为提高表面等离子体共振传感器的灵敏度提供了理论依据。     

表面等离子体共振理论仿真研究

为了掌握影响激发表面等离子体共振(SPR)现象的因素,文中以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,金膜厚度、待测介质折射率以及三棱镜类型对表面等离子体共振吸收峰位变化的影响,得出了最佳膜厚以及影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随共振角度变化的规律,为SPR传感器的设...     

基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究

以等离子共振效应为基础,对等离子共振以及光纤传感的结构细节进行阐述,利用MATLAB软件模拟研究金属膜复介电常数虚部及实部、金属膜层厚度、光纤纤芯折射率、环境介质折射率对光纤表面等离子体共振反射谱性质的影响,对这些参数在性能特点上进行分别讨论,最后,在研究影响激发SPR现象因素和反射谱随性能参数变化规律的基础上,讨论了光纤SPR传感器波长调制型测量方法的可行性。从而为进一步提高表面等离子体共振传感器的灵敏度和检测精度以及光纤传感系统的优化设计提供理论指导。     

基于Au-Ag复合膜的光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的抗氧化能力,可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和Au-Ag复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明:光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度,当Ag膜厚度由40nm逐渐增加到80nm时,共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小,且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小,共振波长变化范围较小,仅为7nm左右;Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大,不同厚度Au-Ag复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大。     

基于修正的长程表面等离子体波的折射率检测研究

为发挥长程表面等离子体波共振峰宽度小,共振曲线斜率大,降低共振角位置不确定性的优点,解决其严格对称结构难于传感的问题,文中在理论分析介质-金属薄膜-介质结构模型的色散和反射特性的基础上,实验研究棱镜耦合激发该结构中的修正的长程表面等离子体波用于传感,改变实验中的结构参数,检测含水率10.8%~38.8%的蜂蜜。结果表明:其共振峰宽度变窄,介质膜厚、金属膜厚等参数对衰减峰及其宽度和衰减深度等参量都会产生影响,检测的入射角与折射率的线性相关系数为0.993 2,可较好地实现传感。     

多通道光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种采用2×n型特种耦合器构建的多通道光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器模型.应用空分复用原理和多层膜反射理论分析了SPR共振效应在若干光纤探针中连续被激励的基本原理.数值模拟和实验结果表明,研制的双通道光纤SPR探针能够达到与常规单通道探针相同的检测灵敏度.这种新型多通道传感模型的特点在于,各通道探针特性可根据待测检测目标进行选择替换,通道数目可以根据实际待测参量进行调节,并适用于对处于不同空间位置目标液体参量进行检测的情况.     

用于温度测试的光纤SPR传感器特性研究

表面等离子体波共振效应（SPR）对液体折射率变化非常敏感，而温度变化又会导致液体折射率和金膜复介电常数的改变。利用这一原理，可以考察温度变化对SPR共振效果的影响。采用相对光谱检测技术，获得相应的SPR反射光谱，并详细分析了共振波长和共振强度等参数随温度变化的特性曲线。定义耦合系数η，还可实现对不同液体温度下共振效应强度的评估。通过这些研究，进一步扩展了此类传感器的应用领域。     

基于表面等离子体共振技术油水持率传感器的实验研究

为研究表面等离子体共振技术在油井产液剖面持率参数测试方面的潜在应用,采用磁控溅射方法在三棱镜底面沉积不同厚度的金膜,制作Kretschman型表面等离子共振传感元件,对不同体积浓度的油水折射率进行测定。实验结果表明,对于折射率相同的三棱镜,沉积的金膜厚度越大,共振吸收峰越弱。表面等离子体共振峰位对不同体积浓度的油水介质很敏感,介质体积浓度由低到高变大时,表面等离子体共振吸收峰向右平移,共振角逐渐增大。实验表明,表面等离子体共振传感测试技术对不同浓度油水介质的折射率变化非常敏感,能够用其进行流体持率的测量。     

开环光子晶体光纤化学传感器的设计

为了提高低折射率化学物质监测的灵敏度,采用光子晶体光纤设计了一种在开环内镀有金薄膜的表面等离子体共振传感器。利用仿真软件COMSOL Multiphysics 5.6系统地研究了开环半径、内部气孔大小、金属膜层厚度对该传感器灵敏度的影响。最终在2800～4700 nm的工作波段内设计出折射率检测范围为1.26～1.31的低折射率传感器。该传感器平均灵敏度高达22 500 nm/RIU,最高灵敏度达33 000 nm/RIU。在七氟醚、卤代醚、含氟有机物等低折射率物质检测方向具有较好的应用前景。     

镀金属膜长周期光纤光栅的传感特性

本文基于耦合模理论, 建立了严格的四层金属膜理论模型, 探讨了镀金属膜长周期光纤光栅(Long-period fiber grating, LPFG)的温度、 应变及折射率特性, 以及镀膜参数对镀金属膜长周期光纤光栅光谱特性的影响.仿真结果表明, 长周期光纤光栅表面最优的金属膜厚度将引起表现等离子共振(Surface-plasmon resonance, SPR)特性, 这一特性将使得LPFG 对稳定及折射率都有较高的敏感性, 而对应变影响较小. 理论分析表明, 银膜厚度在0.8-1.2 nm 范围内时, 折射率敏感度达到最大值为42.402 6, 敏感度增加4.5%. 仿真结果为镀膜长周期光纤光栅的设计及参数优化提供了理论指导.     

液体折射率测定方法分析

折射率是反映介质光学性质的一个重要参数,对其精确测定有重要的意义。文章对液体折射率测量方法做了归纳和分类,并对几种主要测定方法做了介绍,分析了各自的特点和存在的问题。尤其对基于表面等离子体波共振效应的新型光纤传感系统的结构、工作原理及其在液体折射率测定等方面应用做了具体的分析和介绍。     

Optical characterization of elastohydrodynamic lubricated (EHL) contacts using surface plasmon resonance (SPR) effect

In this paper we report a novel optical technique based on the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon for studying elastohydrodynamic lubricated (EHL) dimple. While it is well known that the refractive index (RI) variation in the lubricant may provide direct information on the pressure distribution inside a highly pressurized EHL dimple, one can obtain the pressure in the spectral SPR absorption curve, which corresponds to a unique color complexion in the SPR image.We have performed experiments to compare our SPR imaging technique with the one based on conventional optical interferometry. The new SPR technique provides an improvement of over 180 times in measurement accuracy. More importantly, SPR measures the RI directly and does not require any information on the lubricant film thickness. In light of these advantages, the SPR detection approach reported herein should be an attractive technique for studying EHL contacts.     

基于光纤激光频率分裂效应的折射率 / 厚度 双参量测量研究

折射率作为光学系统中应用最广泛的光学参数之一,对系统的光学性能具有极其重要的影响。 厚度与折射率所组成的 光学长度直接影响双折射器件在光学系统中的时延特性。 本文提出一种基于光纤激光频率分裂效应的折射率/ 厚度双参量测 量方法。 该系统通过对插入激光腔内的双折射器件进行旋转,利用频率分裂效应对不同角度的器件的双折射参数进行测量。 基于双折射器件中的折射率椭球,建立相位延迟、折射率、厚度和旋转角度之间的关系,通过拟合计算得到器件的折射率/ 厚度 参数。 实验结果表明,通过该系统对双折射元件的厚度测量误差为 210 nm,本征折射率进行测量误差为 10 -5 ,可广泛应用于红 外波段的双折射器件的本征折射率/ 厚度双参量测量。     

光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器,并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,测量特性具有较好的线性度,且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。