单芯光子晶体光纤边孔SPR折射率传感特性研究

为了实现高灵敏的表面等离子体共振（SPR）折射率传感,提出一种基于大纤芯的单芯光子晶体光纤SPR传感结构,采用全矢量有限元方法对其传感特性进行了数值仿真和分析。结果表明,该结构具有比较宽的折射率传感范围（1.36~1.55）,同时具有较高的传感灵敏度,平均传感灵敏度达12139nm/RIU;在折射率1.36~1.42区域,线性传感灵敏度为5646.4nm/RIU,线性度为0.9317;而在折射率1.42~1.57区域,传感灵敏度达到15326.8nm/RIU,线性度为0.98738,传感特性出现明显的线性分段情况。该研究结果为实现高灵敏的光子晶体光纤SPR传感器提供了重要的理论依据。     

光栅辅助超窄带多光谱等离子体共振传感器结构的仿真分析

半峰全宽(FWHM)是影响传感器性能的重要因素,为了提高表面等离子体共振传感器的品质因数,提出了一种光栅辅助超窄带多光谱等离子体共振传感器结构。该结构由周期性交替的SiO₂与Au矩形纳米柱构成,并置于SiO₂/Al₂O₃薄膜层上。利用全矢量有限元法对该结构的传输特性及传感特性进行数值仿真,分析了结构参数及入射光偏振态对FWHM和传感特性的影响。仿真结果表明,在800～1100 nm波长范围内,该传感器的传输谱存在两个由光栅衍射及等离子体共振形成的凹点,相应的FWHM分别为0.35 nm及0.59 nm,折射率灵敏度分别为525.7 nm/RIU、475.7 nm/RIU,品质因数分别为1502.00 RIU^-1和806.27 RIU^-1,在生物检测、药物筛选、膜生物学等领域具有潜在的应用前景。     

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120～138,平均波长灵敏度和最大波长灵敏度可分别达到13717nm/RIU和21150nm/RIU,分辨率可达到194×10-5 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。     

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。     

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。     

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。     

检测新型冠状病毒的光纤生物传感器研究与仿真

提出一种基于表面等离子共振(surface plasman resonance, SPR)的光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)生物传感器,用于实时检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)。通过传感表面上的配体与病毒的相互作用,分析物的折射率(refractive index, RI)在1.334—1.355范围变化。基于有限元方法(finite element method, FEM)分析和评估了3种不同的包层结构,包括金、银以及带有二氧化钛保护层的银。该传感器工作在可见光范围内,幅度灵敏度(amplitude sensitivity, AS)、波长灵敏度(wavelength sensitivity, WS)、分辨率、检测限(limit of detection,LoD)和品质因数(figure of merit,FOM)分别达到-1 170.89 RIU^-1、4 000 nm/RIU、2.5×10^-5<...     

面向海上溢油的SPR原理折射率检测实验系统

为有效地预防、控制海上溢油事件对经济和海洋生态环境造成的严重影响,针对不易被早期发现的小面积溢油,结合表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感技术的实时性、灵敏度高、样品消耗少等特点,提出了一种新颖的小型海上溢油监测系统。具体而言,根据所采用的非扫描角度调制模式下的四层Kretschmann型棱镜耦合传感结构和原油样品折射率变化范围,通过MATLAB仿真确定传感装置中各元件最优参数和相对固定位置,得到理论检测灵敏度为6.09410-5 RIU。依仿真结果搭建实验装置,对蔗糖溶液和原油样品进行了实验分析。实验表明:蔗糖溶液检测灵敏度与理论仿真灵敏度同数量级,达到9.01710-5 RIU,证实实验装置有效,原油检测结果符合SPR响应趋势,验证了该系统方案的可行性。