基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU^-1和230.0 nm·RIU^-1,优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^-1和42.71 pm·℃^-1。     

基于全介质超表面的微流体折射率传感器

基于全介质超材料的电磁属性,提出了一种基于硅缺口盘单谐振器的超表面微流传感装置;利用时域有限差分(FDTD)法进行仿真模拟,仿真结果表明,该结构可以产生三重Fano共振,包括可被入射光直接激发的明偶极共振以及非对称性结构下明暗模式干扰产生的一个高阶模式杂化共振和一个磁共振。另外,分析了结构参数(缺口长度和宽度、结构的周期、硅盘半径和厚度)对Fano共振的影响以及微流装置中分析物厚度对传感特性的影响,得到参数优化后的结构的灵敏度最大可达到400.36nm/RIU,品质因数Q最大可达到1252.3,并证明了溶液厚度在一定范围内增大可以提升传感检测的性能。     

基于Fano共振超表面的多功能传感器设计

基于Fano共振超表面所具有的高品质因数Q以及电场局域特性设计了一种全介质超表面结构,探究了超表面结构参数与品质因数Q、调制深度之间的关系。通过改变结构实现了单重Fano共振至双重Fano共振的有效调控。对比同等参数下矩形柱与椭圆柱超表面结构的灵敏度,选择矩形柱结构并确定其最优参数。矩形柱超表面结构的品质因数Q最大可达3408,双重Fano共振峰的调制深度接近99%。通过仿真计算可知该结构对甲烷体积分数的测量灵敏度可以达到1.57 nm/%(对应dip1)和1.66 nm/%(对应dip2),对背景折射率的测量灵敏度为419.45 nm/RIU和395.7 nm/RIU, FOM(figure of merit)值分别为524.3 RIU^-1和542.8 RIU^-1。此外,入射光偏振角度对此传感结构的Fano共振透射光谱强度具有一定影响,这一特性为光学非对称传输、偏振角检测以及超表面多功能复用等提供了新思路。     

基于Fano共振的石墨烯超材料传感特性研究

提出了一种基于Fano共振的太赫兹生物传感器,该传感器由石墨烯微盘三聚体结构组成.使用有限元方法分析了该结构的传输特性.仿真结果表明:石墨烯三聚体结构可以激发Fano共振,该传感器在太赫兹波段的灵敏度可以达到2 THz/RIU,品质因数可达到8;利用石墨烯化学势可以调节谐振峰值,因此在太赫兹波段可实现对谐振峰值的主动调...     

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.     

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。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。     

具有可切换手性光学响应的全介质双原子超表面

手性,通常表现为不能通过平移或旋转与其镜像结构重合的现象。光学领域中手性结构与圆偏振(circular polarization,CP) 光间的相互作用会产生圆二色性(circular dichroism,CD),在偏振开关、滤波和传感等领域具有重要的应用价值。提出了一种工作在近红外(near-infrared,NIR)波段的单层全介质双原子超表面的设计策略,相邻纳米硅柱之间产生的干涉效应能够诱导圆偏振光的自旋选择性透射,在292.33 THz处产生高达95.33%的CD振幅。通过改变右侧交叉椭圆硅柱的相对旋转角度可以重构超表面单元,进一步提供了一种灵活的方式来切换CD光谱的响应类型。该设计还可以作为线偏振光到圆偏振光的偏振转换器,并仍然具有可重构特性。所设计的双原子手性超表面可广泛应用于动态多功能器件,为集成光子器件的设计与发展提供了新思路。     

MIM波导内嵌金属板结构Fano共振传感特性

基于法诺(Fano)共振传感特性,提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构,目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真,分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征,并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数,最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明,当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时,会形成两个Fano模式共振峰:第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×10⁴,灵敏度为700nm/RIU;第二种模式的FOM达8.4×10³,灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测,同时各个模式品质因数都很高,这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。     

基于人工电磁表面的超低剖面全介质透镜天线

利用不同厚度的亚波长介质块实现0 ~2π的相位变化,并基于惠更斯人工电磁表面原理设计了工作于28 GHz 通信频段的全介质电磁透镜,该电磁透镜的焦距与口径比(F / D)为0. 15。通过3D 打印制备该电磁透镜,并将其与基片集成波导(SIW)贴片天线进行集成,构造了超低剖面的宽带透镜天线。全波分析与实验测量结果显示该电磁透镜能够将原SIW 贴片天线的增益提高7 dB 左右,而将3 dB 波束宽度减小到10°左右,同时该透镜天线系统还具有良好的低副瓣。     

基于硅基微环谐振器的折射率传感研究综述

片上折射率传感在安全检查、环境监测、健康诊断和食品监督等领域有着广阔的应用前景,基于硅基微环谐振器的折射率传感器具有微型化、集成化等优点,已成为当前研究的热点。文章首先对硅基微环谐振器的折射率传感探测原理进行了介绍,然后依据探测原理分类梳理了国内外硅基微环折射率传感的最新研究进展,并分析总结了不同传感探测原理的优缺点,最后讨论了现阶段硅基微环谐振器在折射率传感中存在的问题和未来的发展方向。     

基于氧化锡铟纳米薄膜的圆形晶格光子晶体光纤折射率传感器

为了实现近红外波段的高灵敏度传感,设计并研究了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(Surface Plasmon Resonance Photonic Crystal Fiber,SPR-PCF)折射率传感器.该光纤横截面的空气孔排列方式是圆形晶格,呈现出向 日葵形状.光纤包层的外壁淀积了氧化锡铟(Indium T...     

双芯D型高灵敏度光子晶体光纤传感器的设计

该文提出了一种双芯D型高灵敏度的表面等离子体共振-光子晶体光纤(SPR-PCF)传感器,利用SPR技术,通过纤芯损耗谱测量共振波长的变化来达到测量待测物质不同折射率的目的。通过改变内部空气孔的排列,使之达到双芯传输的效果,同时D型结构有利于加快SPR反应。其工作的波长范围可以调节,且结构简单,易于测量操作。实验结果表明,其折射率测量区间为1.35～1.40,可得最大光谱灵敏度为15 000 nm/RIU,最大幅值灵敏度为582.12 RIU^-1,探针折射率精度为1.56×10^-5 RIU。     

波长调制型PMMA光波导SPR传感器敏感单元设计

光波导表面等离激元共振(SPR)传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。文章设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)脊型波导SPR传感器,并对其关键参数进行了优化。结果表明,该敏感单元在待测液折射率为1.33~1.45的范围内能够稳定工作,在高折射率检测区,传感器展现出了高达10220nm/RIU的灵敏度和173RIU-1的高品质因数。     

基于磁光波导的液体折射率传感特性研究

为了对溶液折射率进行精确测量和传感,采用转移矩阵法对Ce:YIG/Ag/liquid 3层基于磁光表面等离子共振的结构与棱镜组成耦合系统进行了数值计算,并用有限元法进行了模拟仿真。由低损耗的Ag和强磁光性的Ce:YIG组成的结构在入射光波长为980nm时,灵敏度达到4.082/RIU（溶液折射率n=1.330~1.340）。结果表明,与其它传统的表面等离子共振传感结构相比,本文中提出的折射率传感器的灵敏度大大提高。该结构在实际应用中可以更加简便地探测溶液的折射率。     

波长调制型多通道光纤SPR传感器研究进展

光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器具有检测灵敏度高、响应速度快和实时在线监测等优势,在生物、化学、医学等领域应用广泛。然而,传统单通道光纤SPR传感器仅有一个传感区,只能进行单点测量,这极大地限制了其进一步的发展和应用。多通道光纤SPR传感器由于检测通量大、检测物质多、可实现温度补偿、剔除各种非特异性响应等特性,可以很好地弥补传统单通道光纤SPR传感器的不足。研究多通道光纤SPR传感器对提高传统单通道光纤SPR传感器的检测灵敏度、检测精度和扩大其应用领域具有重要意义。本文从光纤SPR传感器原理出发,介绍了近年来多通道光纤SPR传感器的研究进展,对未来多通道光纤SPR传感器的研究方向进行了展望。新结构、高性能、多应用的多通道光纤SPR传感器是未来多通道光纤SPR传感器的重要发展方向,而新材料、新工艺的融入必将使多通道光纤SPR传感器的发展与应用迈上新的台阶。