基于表面等离子体共振的椭圆侧芯光子晶体光纤传感器

为实现低折射率化学材料、药物的高灵敏度监测,基于表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)设计了一种具有高灵敏度的新型椭圆侧芯光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)传感器。该传感器设计包括圆形孔及三种规格的椭圆孔,左侧椭圆孔内覆盖金纳米薄膜。当光进入传感器时,会在金薄膜处产生共振。分析由此物理现象得到的光谱即可获知待测液体的折射率。采用有限元法系统地研究了椭圆空气孔的椭圆率与金薄膜厚度对所提传感器的灵敏 度的影响。研究发现,当待测液体折射率范围为1.41—1.44时,该传感器的最大灵敏度高达95 000 nm/RIU(RIU为折射率单位)。在同等折射率测量范围,本研究开发的PCF-SPR传感器灵敏度为典型PCF-SPR传感器的3.7—47.5倍。因此,该PCF-SPR传感器在物质监测、食品安全和生物医学等领域中有较好的应用前景。     

D型环光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

提出了一种中红外波段宽范围低折射率检测的D型环双芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器。该结构为一个D型环,并在其内外表面都沉积一层金属层。采用全矢量有限元方法分析了该传感器的性能。结果表明,该传感器可以在中红外波段实现低折射率传感,并具有高传感灵敏度特性。分析物的折射率可检测范围为1.20～1.38,平均波长灵敏度和最大波长灵敏度可分别达到13717 nm/RIU和21150 nm/RIU,分辨率可达到1.94×10^-5 RIU。该传感器可在化学、生物以及环境检测等领域有重要的应用。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤癌胚抗原浓度传感器

为了提高生物参量检测的灵敏度和避免电磁干扰,提出一种基于表面等离子共振的光子晶体光纤传感器应用于癌胚抗原(CEA)溶液的检测.该传感器采用不同直径空气孔进行三层排列的结构,将金薄膜作为金属层镀在纤芯表面,并在金薄膜和待测CEA溶液间增加一层基于核酸适配子的特异性适配层,采用全矢量有限元法对该传感器进行数值模拟与仿真.仿...     

表面等离子体共振类熊猫型光子晶体光纤传感器

分析了基于表面等离子体共振类熊猫型的光子晶体光纤传感器,采用基于全矢量有限元法（FEM）对光纤模式进行了数值计算,在各向异性完美匹配层（PML）边界条件下,求解模场的有效折射率。讨论了各个参量的尺寸对传感的影响。计算表明,激发的等离子体对环境介质折射率的变化非常敏感,所设计传感器最大光谱灵敏度达到2 μm/RIU,若光谱仪的分辨率为10 pm,则传感器的分辨率可以达到5×10-6 RIU。     

基于双芯光子晶体光纤的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振折射率传感特性北大核心CSCD

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振(SPR)折射率传感模型。在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对传感器特性进行了数值仿真。研究发现:在椭圆侧芯中涂覆金属银纳米层可以实现SPR,共振峰对检测孔的折射率变化具有很高的传感灵敏度;与圆形结构相比,所提椭圆侧芯结构中的纤芯基模和金属表面等离子体激元(SPP)模式更易实现相位匹配;当椭圆率为0.7时,灵敏度在1.45~1.50的折射率范围内可达10412nm·RIU^(-1),且传感曲线线性度高;椭圆侧芯结构能够有效抑制高阶SPP模式,避免基模与多个SPP模式耦合形成干扰。     

基于细芯光纤结构的表面等离子体共振折射率传感器

表面等离子体共振(SPR)传感器常用的光纤处理方法易使光纤结构脆弱,从而导致机械性能下降,提出了一种基于细芯光纤(TCF)SPR原理的折射率传感器.通过使用单侧均匀涂覆金(Au)膜的多模光纤-细芯光纤-多模光纤(MMF-TCF-MMF)结构作为传感单元,折射率传感器能够在1.34~1.4161的范围内达到3045.69 nm/RIU的衰减谷宽度灵敏度和48.09 dB/RIU的能量损耗灵敏度;在1.34~1.3797的范围内达到112.21 nm/RIU的SPR峰波长灵敏度和-86.27 dB/RIU的SPR峰值灵敏度.实验结果表明:与传统SPR传感器相比,该传感器易制备,且机械稳定性和灵敏度高.     

椭圆芯光子晶体光纤的偏振特性

采用全矢量模型研究椭圆芯光子晶体光纤(photonic crystal fibers,PCFs)的偏振特性。研究表明：椭网芯PCF基模的两个正交偏振态不再简并,模场具有较强的线偏振特性;模式双折射可达10^-3量级,该数值比传统椭圆保偏光纤至少高一个量级;在比传统椭圆保偏光纤更长的波长处获得零走离点和负走离区。椭圆芯PCF的偏振特性与光纤结构参数有较强的依赖关系,通过适当选择光纤的相对孔径和孔距,有望在给定的波长上实现高双折射和零走离单模运转,或设计出高双折射、大走离的单模光纤,为研制高性能保偏光纤提供了一个新的途径。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤生物传感

为解决电化学生物传感的电磁干扰,提高光学生物传感的灵敏度,提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光子晶体光纤(PCF)传感结构并将其应用于脱氧核糖核酸的检测中.为了易于检测,将Au膜镀在PCF的外表面直接接触待测溶液.利用全矢量有限元法结合各向异性的完美匹配层对该结构进行数值研究.结果 表明,在1.333～1.34...     

椭圆孔微纤芯光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种在纤芯引入四个近矩形排列的椭圆空气孔,包层空气孔呈阶梯结构的高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限元方法,对光纤基模的模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模面积及非线性系数等特性进行了数值模拟.这种设计为获得高双折射光子晶体光纤提供了一种新的方法,为改善光子晶体光纤其他性能(如色散、非线性特性)提供了一种新的...     

一种基于表面等离子体共振的多模光纤H2传感器

报道了一种基于表面等离子体共振(SPR)的多模光纤H2敏传感器,是通过化学腐蚀多模光纤使纤芯裸露再镀上Pd-Ag合金膜所构成,并给出了相应的理论分析和实验制作过程。理论分析表明,对于0～4%范围内的H2浓度,兼顾测量范围、灵敏度和响应时间,合金膜厚度选择在20nm附近为宜;实验研究结果显示,用20nm厚的Pd-Ag合金膜和15mm的光纤作用长度,在温度为26℃、相对湿度为60%的条件下,传感器能探测0～4%浓度范围内的H2,响应时间小于50s。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器的设计与分析

为了实现光子晶体光纤在近红外波段下的高灵敏度传感,设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(SPR-PCF)折射率型传感器。光纤内部的空气孔呈六边形排列,金纳米层完全包覆光纤外璧并与圆形待测物通道接触。利用有限元矢量软件COMSOL对SPR-PCF传感器的光学特性进行数值模拟仿真,得到不同待测物折射率的共振波长并绘制出纤芯损耗光谱,通过纤芯损耗光谱来对SPR-PCF传感器的传感特性进行分析。实验结果表明,其折射率测量区间为1.31~1.38,最大光谱灵敏度为104 nm/RIU,最大振幅灵敏度为200RIU-1,折射率测量精度为2.94×10-5RIU。     

基于光子晶体光纤表面等离子体共振的温度和磁场双参量传感器

设计了一种光子晶体光纤(PCF)结构,基于新结构PCF和表面等离子体共振(SPR)效应实现了温度与磁场双参量传感。采用全矢量有限元方法对该传感器的理论模型进行了分析,结果表明,当温度在20～50℃内时,传感器的温度灵敏度可达-493.6 pm/℃;当磁感应强度在20～300 Oe内时,传感器的磁场灵敏度可达82.69 pm/Oe。     

基于光子晶体光纤和单模光纤错芯结构的光纤传感器

制作了一种基于光子晶体光纤(PCF)和单模光纤( SMF)错芯结构的全光纤传感器。实验中,采用5cm的PCF,将其两端分别与SMF错芯熔接,制 成传感单元。第1个错芯结构将宽带光源的光分别耦合到PCF的纤芯和包层中,纤芯模式和包 层模式经过一定传输距离后进行SMF的纤芯,满足相位条件的发生干涉。在光谱仪(OSA)中观 测其干涉谱。当外界温度、折射率变化时,观测干涉峰位置的改变可实现对温度和折射 率的传感。实验结果显示,本文光纤传感器对温度的灵敏度为－8×10－3 nm/℃,对折射率的灵敏度为102nm/RIU。 对PCF填充乙醇后,制成相同结构的传感器,温度灵敏度达到－1.008nm/℃,提高了123倍。本文传感器制作简单,操作方便,能够广泛 应用于生物和物理传感领域。     

双金属层表面等离子体共振传感器灵敏度优化

为了优化表面等离子体共振传感器的灵敏度,基于薄膜光学理论,分析了银-金双金属层表面等离子体共振传感器的反射率和灵敏度随金属薄膜厚度变化的规律。发现在满足共振角反射率小于1%的条件下,银膜和金膜厚度存在一定的取值范围; 在此厚度范围内,传感器的灵敏度随着金属薄膜（银膜与金膜）厚度的增大而提高,灵敏度增量最大可达5°/RIU。结果表明,在保证一定共振角反射率的前提下,可通过增加双金属层中金属薄膜的厚度提高双金属层表面等离子体共振传感器的灵敏度。     

基于MSM结构的表面等离子体共振光纤折射率传感器

基于表面等离子体共振(SPR)效应,设计了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构的光纤折射率传感器。采用光纤熔接的方式构成MSM结构,并且在单模光纤的表面涂覆二氧化钛/银(TiO2/Ag)复合膜构成传感单元。利用FDTD Solutions仿真分析了单模光纤长度与金属膜厚度对传感器性能的影响。结果表明:单模光纤长度越长,共振深度越深;TiO2/Ag复合膜中Ag膜厚度为50nm,TiO2膜厚度为20nm时,传感器性能最优,在1.33~1.41环境折射率范围内,传感器的灵敏度约为6 875nm/RIU。实验结果表明该光纤折射率传感器结构制作工艺简单、灵敏度高。     

基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤传感器

基于表面增强拉曼散射(SERS)的光纤传感器结合了光纤与表面增强拉曼散射效应,具有普通传感器无法比拟的优点.但是,应用普通光纤将带来诸如背景干扰与吸收、光纤自身的荧光效应及拉曼散射等缺点.为解决这一问题,将光子晶体光纤与表面增强拉曼散射效应相结合,称为基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤(PCFs)传感器,具有高灵敏度、...     

长周期光纤光栅表面等离子体共振增强传感器

针对光纤表面等离子体共振传感普遍存在强度脆弱、灵敏度偏低及等离子体激发效率低下的问题,文章将长周期光纤光栅作为辅助平台,研究了表面等离子体共振传感器增强灵敏度的途径。在光纤光栅表面传感区域热蒸发一层金膜,通过调谐输入光纤光栅部位的偏振光模式来实现对外传感性能的增强。选用氯化钠溶液作为外界折射率感应物质,通过软件进行模拟仿真,仿真结果表明,镀金膜前后,横磁波和横电波的透射功率在空气中分别衰减了4.3和0.3 dB,在溶液中分别衰减了5.3和2.2 dB。在1.335~1.372溶液折射率变化范围内,两种偏振光源的折射率灵敏度分别提升了18.7和12.9 nm/RIU。     

基于光盘光栅的表面等离子体共振传感器

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件,通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数),理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响,发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。