表面等离子共振Ag-SnO2复合膜光学传感器

为了研究CuO的不同掺杂浓度对表面等离子共振角的影响,提出一种新型的棱镜耦合法Ag-SnO2(掺杂CuO)复合膜表面等离子共振光学传感器结构.采用射频反应溅射法在清洗处理后的金红石棱镜上依次制备Ag膜(50nm),SnO2膜(50nm),CuO和SnO2膜(50nm)4层膜结构,CuO的厚度依其不同的掺杂体积分数的不同而不同,经过退火实现SnO2薄膜的掺杂得到复合膜.以He-Ne激光62.8nm为入射激励光源,通过采用表面等离子共振实验方法,CuO的掺杂体积分数分别为0,0.01和0.05时,得到共振角分别为59.61°,60.52°和61.3°的结果.结果表明,CuO掺杂的体积分数越大,表面等离子共振的共振角越大.     

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。     

表面等离子体共振(SPR)薄膜传感器的研究

利用自制的棱镜型表面等离子共振（SPR）传感器,在固定入射光波长632＋8nm激光入射下,被测样品为空气,研究了金属薄膜分别为Al膜、Ag膜及Au膜时的反射光功率与入射角之间的关系,讨论了Al薄膜厚度对表面等离子共振灵敏度的影响。     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。     

表面等离子体共振传感器研究的新进展

表面等离子体共振传感器具有灵敏度高、免标记及检测快速等优点,在生命科学、药物开发、公共安全、环境污染检测等领域具有广阔的应用前景。高灵敏度、小型化、集成化、低成本、高可靠性是未来表面等离子共振传感器发展的主要方向。介绍了棱镜耦合复合结构表面等离子体共振传感器在提高灵敏度和分辨率方面的研究新进展,重点论述了光纤表面等离子体共振传感器的研究现状和发展趋势,并对高通量、多组分识别表面等离子体成像技术以及金属微纳结构(颗粒)局域表面等离子共振传感技术的应用前景进行了讨论。     

基于双D型光纤表面等离子共振折射率传感研究

以双D型光纤作为传输载体,研究了一种基于表面等离子共振技术的双D型光纤折射率传感器。利用时域有限差分法,分析了双D型光纤剩余包层厚度、金膜厚度、金膜表面粗糙度以及双通道传输对光纤SPR传感器性能的影响。仿真结果表明,当剩余包层厚度为300~500nm、覆盖的金膜厚度为50nm时,双D型光纤SPR传感器的性能得到优化;金膜表面粗糙度也是影响传感器性能的重要因素,当金膜表面粗糙度的均方根值低于2nm或其相关长度大于160nm时,金膜表面粗糙度对传感器性能的影响显著减小,且在折射率为1.33~1.36的传感环境下具有较好的线性度;在双D型光纤两侧覆不同的金属膜,可以实现信号的双通道测量。     

基于表面等离子体共振的光纤传感技术研究

提出一种基于棱镜型表面等离子体共振光强度调制的光纤传感新方法。基于理论模型,分析了棱镜的介电常数和介质的折射率对SPR传感器共振角的影响,在此基础上讨论了光强调制型SPR测量方法的可行性。该方法与已有的光强度调制型棱镜SPR传感方法相比具有测量方便和可长距离应用等优点。     

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。     

基于光表面等离子波共振的矿井瓦斯检测技术研究

针对矿井瓦斯检测中存在的问题,采用单芯光纤耦合的反射式光束偏转法检测技术,结合Ag/SnO2金属复合薄膜与瓦斯气体接触后发生气敏化学反应,将引起SnO2薄膜的折射率发生变化和等离子表面波共振角移动的性质,提出了一种新的瓦斯检测方法.该方法利用白光光源在覆有选择性气体吸附复合薄膜的表面激发表面等离子波,用单芯光纤耦合的反射式光束偏转法对所激发表面等离子波信息进行采集,并准确检测出环境中甲烷气体的体积分数;用最小二乘法对数据进行拟合,提高了检测精度.由仿真曲线证明,本瓦斯检测方法为瓦斯监测方法提供了一种新途径.     

表面等离子体共振技术在生化检测中的研究进展

利用表面等离子共振（SPR）技术进行生物化学分析和检测,具有前处理简单、无需标记、灵敏度高以及实时、连续监测动态反应过程等特点。本文介绍了表面等离子共振传感器的基本类型和结构,论述了SPR在水质、农药残留以及有毒气体等物质检测上的研究进展,并对SPR传感器的未来发展趋势进行展望。     

基于各项异性的组合式PVDF应变传感器

在应用压电薄膜测量结构表面应变时,薄膜上的感应电压是其面内两个正交方向应变的函数。要获得结构表面某处一个方向的应变,就必须在该处粘贴和检测两片以上的压电薄膜,这对应用于随机载荷作用下的结构应变测量非常不便。利用压电薄膜材料的各向异性开发了组合式压电薄膜应变传感器,这使检测的感应电压和结构表面单一方向的应变成正比关系。根据压电方程推导了组合式压电薄膜输出电压和被测单向应变间的关系,并通过对一个带有小孔平板试件的应变分布测量试验和有限元数值分析,验证了该组合式应变传感器的可行性及具有很高的测量精度。该法操作简单,对实际工程结构应变测量具有重要的实用价值。     

基于SPR效应的金-PDMS涂覆光子晶体光纤高灵敏度温度测量

通过在光子晶体光纤(PCF)包层外侧填镀金纳米膜及PDMS温敏薄膜,设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的高灵敏度温度传感器,具有结构简单、工艺成熟、可逆性好的优点。PDMS的有效折射率会随温度的增加而减小,从而引起纤芯模式的损耗峰向短波方向移动。在完全匹配层边界条件下,利用全矢量有限元法分析SPR-PCF的损耗谱特性,实现了温度的高灵敏度精确快速测量。在22~47℃的温度范围内,所提传感器的温度灵敏度可达到-8.18 nm/℃,这种传感测量方法能拓展应用于各类安全检测和智能监测领域。     

用于减少漂移的纳米定位干涉仪集成系统

基于表面等离子体共振 (SPR)的纳米定位装置可以实现纳米级的定位分辨率和重复性。通过设计特殊四面体棱镜 ,使四面体棱镜第一个反射面的入射角等于SPR的共振角 ,在该反射面上镀上金属膜 ,后面放置光纤探头构成SPR定位指零装置 ,实现了纳米定位装置和干涉仪系统的集成。干涉仪测量前利用SPR纳米定位系统确定一个零位 ,当发生漂移时回到定位零点进行读数校正 ,就可以减少干涉仪的漂移误差。建立了集成纳米定位装置的干涉仪系统。实验表明 ,干涉仪的测量不确定度从 70nm减小到 10nm ,提高了系统的测量精度和稳定性     

激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗高温-应变组合传感器

在很多高温环境应用中,诸如发动机、飞机和宇航器、复合材料的健康监测,需要精确测量应变。针对这种场合提出了一种基于激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗(LPFG/F-P)温度-应变组合光纤传感器。该传感器由长周期光纤光栅与光纤法布里-珀罗干涉传感器级联构成,其中长周期光纤光栅由高频CO2激光脉冲制作,用于监测温度;光纤法布里-珀罗干涉传感器由157nm准分子激光脉冲制作,用于监测应变。这种新型组合光纤传感器最大的特点是能承受500℃的高温并能在高温环境下实现应变的精确测量,可望在高温恶劣环境条件下的结构(如飞机发动机)健康监测、复合材料生产过程监测等应用中发挥重要作用。     

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器,该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测,还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器,实验获得了不同共振波长对应的共振图像,然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相,建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系,用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650nm,测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU,是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性,再通过计算图像局部区间的平均色相,可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。     

基于对称平板波导型SPR液体折射率传感特性

表面等离子体共振(SPR)技术在外界环境折射率测量上有着广泛应用。设计了一种对称平板波导结构,利用时域有限差分法对波导结构中SPR效应与外界环境折射率的关系进行数值模拟,对金属材料选择以及传感区域长度进行了优化,并研究了不同阶次的模式对传感器灵敏度的影响。仿真结果表明:当外界环境折射率为1.38时,相较于基模条件下4100 nm/RIU的灵敏度,三阶模传感器的灵敏度提高到6209 nm/RIU,最大灵敏度提高了51%;当外界环境折射率为1.34~1.38时,传感器平均灵敏度从2900 nm/RIU提高到4025 nm/RIU。