基于Matlab平台的光纤SPR光谱特性研究

为了提高光纤表面等离子共振(SPR)传感器的灵敏度,扩大其检测范围,增加其实际使用价值,通过Matlab软件系统研究各可控参数对SPR光谱特性的影响,研究其对应传感灵敏度和动态范围,并创建了基于Matlab软件的图形化可操作界面。结果表明,随着光入射角度的增加,光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大;随着传感探针所镀金膜的厚度增加,光纤SPR光谱的动态范围向长波长方向移动,其传感灵敏度增加;随着光纤折射率的增加光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大。且采用不同的金属膜和不同折射率的光纤,光纤SPR光谱的动态范围和灵敏度也会发生变化。此外,还研究了分布式光纤SPR传感器的传感原理,并给出详细的研究数据进行论证,研究结果表明,多通道光纤SPR传感器的传感规律和单通道相同,且灵敏度并没有随着通道数量的增加而降低。     

基于倾斜光纤光栅及其表面等离子效应的折射率传感比较研究(英文)

介绍了倾斜光纤光栅作为折射率传感器的测量原理,给出它的倾斜角8°与中心波长1550nm的反射谱与透射谱,分析了具有表面等离子的倾斜光纤光栅传感机理。为验证折射率传感的可能性与优点,进行了蔗糖浓度溶液的裸倾斜光纤光栅与镀金的倾斜光纤光栅的折射率测量分析,证明镀金后的表面等离子效应倾斜光纤光栅折射率传感器其灵敏度大大增加。     

膜层参数对长周期光纤光栅传感灵敏度的影响

基于耦合模理论,采用三包层光纤光栅模型,对镀有敏感薄膜的长周期光纤光栅的传感特性进行了分析。当敏感薄膜的光学参数(薄膜折射率和薄膜厚度)发生变化时,长周期光纤光栅传输谱中谐振峰处的透射率不变,但谐振峰会发生平移。进一步对薄膜折射率和薄膜厚度对其传感灵敏度的影响进行数值模拟,得到了结构优化的高灵敏度长周期光纤光栅传感器典型薄膜光学参数值。计算结果表明,该类型传感器对敏感薄膜折射率的分辨率可达10-9。研究结果为高灵敏度长周期光纤光栅传感器的结构优化及其传感应用提供了理论支持。     

基于单模光纤传输的单模-无心-单模光纤型表面等离子体共振传感器（特邀）

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器结合了光纤传感器的微型化、可在线传输、易操作和SPR生物检测技术的高灵敏、高选择性、免标记等优势,是当前免疫学生物传感器的研究热点。但传统多模光纤SPR传感器的信号在远距离传输中易损耗、失真。文中提出了一种单模-无心-单模光纤型SPR传感器,能有效减小信号传输中的损耗与失真,且适合与当前的光纤网络衔接。为了消除传感器中的干扰信号,改变无心光纤的芯径,采用去除背景干扰,高斯拟合等方法,最终选取了具有芯径为61.5 μm无心光纤的此类传感器,并从中提取出了有效的SPR光谱信号。传感器的灵敏度为1153.40 nm/RIU,分辨率为1.70×10?4 RIU。此类光纤生物传感器的成功开发,为智慧医疗、远程医疗提供了一种新的思路。     

双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析

在理论分析了光纤Bragg光栅传感器的温度应变交叉敏感机制的基础上,给出了一种双光纤光栅温度补偿型应变测量传感器结构,并分析了其工作原理.对此传感器的双光纤光栅测量探头存在的反射谱叠加问题进行了较为详细的讨论,指出在光纤光栅反射谱带宽内叠加将产生反射谱畸变,降低测量系统的分辨率,同时提出了解决方法.     

基于模式转换的镀膜长周期光纤光栅传感器的结构优化设计

基于耦合模理论,根据镀膜长周期光纤光栅(LPFG)包层模有效折射率随膜层参数的变化,指出了模式转换区的划分及特点,考察了模式转换区及其附近LPFG透射谱折射率的响应特性。从传感器设计角度,进一步针对波长偏移和透射率两种检测类型,给出了两类灵敏度的定义,讨论了模式转换区及其附近灵敏度随薄膜参数与光栅参数变化的关系,通过优化设计,给出了高灵敏度对应的最佳设计参数带及区域。结果表明,选择合适的膜层参数与光栅参数,利用波长偏移和透射率两种检测方法,该传感器对薄膜折射率的分辨率均可达10-7以上,且模式转换区适合于制作波长偏移型的传感器,模式转换区附近则适合用于制作透射率型传感器。     

基于Otto结构的光纤SPR微位移传感器

提出一种基于Otto结构的高灵敏度光纤表面等离子体共振(SPR)微位移传感器。通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics ULTIPHYSICS对该传感器的传感特性进行了理论数值研究,分析了表面等离子体共振波长与位移变化的关系。     

基于光栅的表面等离子体共振传感器的原理及进展

基于光栅的表面等离子体共振(SPR)传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.论述了SPR传感器的工作原理、调制方式和光栅耦合式SPR传感器的理论.介绍了该领域的研究成果,包括利用光纤布拉格光栅(FBG)的空芯光纤SPR传感器、利用FBG或长周期光栅(LPG)的普通光纤SPR传感器、利用平面波导光栅的SPR传感器、利用金...     

基于全固光子带隙光纤的传感器的特性研究

为了实现对基于全固光子带隙光纤（AS-PBF）的传感器的特性研究,采用了双锥型模式干涉仪的结构,使用熔接机在一根AS-PBF上间隔一段距离制作两个锥形光纤,制备出一种基于双锥型模式干涉的特种光纤传感器。与传统单模光纤或折射率传导的光子晶体不同,AS-PBF的纤芯有效折射率较低,而包层有效折射率较高。通过理论分析和实验验证,测量研究了这种光纤结构对温度和轴向应力的响应。实验结果表明,温度灵敏度和轴向应力灵敏度分别为~63pm/oC和~-1.74nm/ N。与长周期光栅、布拉格光栅相比,基于全固带隙光纤的双锥型模式干涉传感器具有制备简单、结构紧凑等优势,在光纤传感领域具有广泛的应用前景。     

光纤SPR传感器测量液体折射率的研究

通过一套基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤传感系统，对三种具有相同折射率而类型不同的液体介质进行测试。通过研究SPR传感探头在四种不同液体介质中的光谱输出特性，获得SPR光谱共振波长、最小光强反射率随液体折射率、类型不同而改变的特性。这些工作为下一步使用光纤SPR传感探头进行复合材料的固化监测以及加工成型后的应变检测提供了依据。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。     

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。     

双峰效应光纤光栅薄膜传感器的优化设计

利用双峰谐振效应,通过在长周期光纤光栅(LPFG)包层表面涂覆一层对周围气氛敏感的薄膜,建立了一种新型薄膜传感器,其双峰谐振波长间隔随薄膜折射率的变化而变化.基于三包层光纤光栅物理模型,根据耦合模理论研究了传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参数(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参数(光栅周期Λ、折变量σ)之间的关系.采用最优化数值方法,确定了最佳的膜层光学参数和光栅结构参数.计算表明,该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-7.     

透射式金属光栅耦合SPR传感器

用磁控溅射技术在双面抛光的蓝宝石衬底上沉积了20 nm Ti和100 nm Au的金属薄膜,通过标准光刻工艺制备出1.6和2.0μm两种周期结构的一维光栅表面等离子体共振(SPR)传感器。用时域有限差分算法(FDTD)模拟仿真并结合实验测试的透射光谱,研究分析了不同周期结构的金属薄膜光栅型SPR传感器的特性。基于金属光栅耦合,利用表面等离子体激元(SPP)的局域特性和光栅的选频特性,实现了SPR传感器的信号增强和滤波功能。研究结果表明,利用金属薄膜光栅表面介质的变化引起的光栅透射光谱中激发表面等离子体共振峰的位置变化,可以获得被测物体的物理、生物和化学等相关特征信息。     

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。     

Optimization of a fiber grating film sensor based on dual peak resonance

Based on the dual peak resonance of long-period fiber grating（LPFG）, a novel film sensor is presented, in which films sensitive to the surrounding gases are coated on the cladding of the fiber grating region, and the intervals of the dual peak resonant wavelengths change with the film refractive index. According to the coupled-mode theory, a triple-clad numerical model is developed to analyze the relation between the sensitivity Sn and the thin film optical parameters （the film thickness h3 and the refractive index n3） and the fiber grating parameters （the grating period A and the core index modulation σ）. By using optimization method, the optimal film optical parameters and the grating structure parameters are obtained. Numerical simulation shows that the sensitivity of this scheme to refractive index of the films is predicted to be more than 10-7. The theoretic analysis provides straightforward foundation for the actual highly sensitive film sensors.     

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅（TLPFG）耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶（角向序数l1）包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角增大而增大,80时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在80时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数（L、、）和薄膜参数（h3,n3）对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。     

基于表面等离子体共振的高灵敏度光纤微流控芯片

设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60 nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2 mm,最高检测灵敏度可达8240.6 nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。