基于填充纳米银线的光子晶体光纤传感器的研究

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1、基于填充纳米银线的光子晶体光纤传感器的研究ResearchonthePhotonicCrystalFiberSensorsFilledwithSilverNanowires学科专业：光电子与光子学技术研究生：王民托指导教师：陆颖教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要由于光子晶体光纤的结构灵活多变，抗腐蚀抗干扰，体积小重量轻，在传感领域具有广泛的应用前景，而表面等离子体共振技术具有探测灵敏度较高和测量对象较广，在传感领域表现出巨大的应用潜力，本文结合两者的优势，从理论和实验出发，研究了一系列结构各异的光子晶体光纤表面等离子体共振

2、传感器，模拟仿真了其传感特性，并进行了实验验证。本文的主要内容与创新点可以归结如下：1、全面综述了基于孔内镀金属膜的表面等离子体共振光纤传感器的研究进展，分析了镀膜厚度、金属材料对传感性能的影响。针对光子晶体光纤的孔内镀膜以及填充待测样品在实际操作过程中具有一定难度，设计了一种在光子晶体光纤包层外镀膜的表面等离子体共振传感器，研究了空气孔直径的变化对传感器的波长灵敏度、探测分辨率、幅度灵敏度等的影响。2、设计了一种填充纳米银线的光子晶体光纤表面等离子体共振葡萄糖传感器，针对银线直径对传感特性的影响进行了模拟和实验分析，给出了银线直径的最佳取值范

3、围是90-120nm，并取得了高达19009.17nm/RIU的灵敏度，其最小分辨率为44.25mg/dL，小于低血糖症状的标定值70mg/dL，有望在实际应用中实现对血糖浓度的检测。3、将空芯带隙型光子晶体光纤应用于表面等离子体共振传感领域，利用设计的系统研究了不同银线数量以及不同包层结构对传感特性的影响，综合模拟结果和实验结果，得到的最高灵敏度为14240nm/RIU，探测分辨率为77.02×-510RIU。关键词：光子晶体光纤表面等离子体共振纳米银线灵敏度血糖检测ABSTRACTPhotoniccrystalfibers(PCFs)hav

4、eextensiveapplicationprospectinthefieldofsensorduetotheirflexiblystructure,anti-corrosion,anti-interferenceandtinysize.Meanwhile,surfaceplasmonresonance(SPR)techniqueshowsgreatpotentialforsensingapplicationswiththeadvantagesofhighdetectionsensitivityandthegreatrangeofmeasure

5、ment.Combiningwiththeadvantagesofboth,aseriesofresearchaboutdifferentstructureofPCF-SPRsensorshavebeendoneinsimulationandexperiment.Thedesignedsensorsarebothanalyzedbyfiniteelementmethod(FEM)anddemonstratedbyexperiments.Inthispaper,themaincontentandinnovationcanbeattributeda

6、sfollows:1.ThePCF-SPRsensorsbasedonmetalfilmplatedholesareintroducedinthefirstplacefully.Thentheinfluenceofcoatingthicknessandmetalmaterialonthesensors’performanceareemulatedinCOMSOL.Afterthatthebestcoatingparametershavebeengivenandtheadvantagesbroughtbyselectivecoatingholes

7、arestudied.Consideringthedifficultiesofcoatingmetalfilmandfillingsampleinthetinyholes,wedesignedanewkindofPCF-SPRsensorwhichisbasedoncoatingaroundthecladdingofthefiber.Thesensorsensitivityandresolutionarestudiedduringthechangingofholes’diameter.2.Forthegoodofminimallyinvasiv

8、ebloodglucosedetection,aPCF-SPRglucosesensorfilledwithsilvernanowiresisprop