基于納米金結構的側邊拋磨光纖SPR傳感器設計.pdf

1、以側邊拋磨光纖為導波載體，利用光纖拋磨區(qū)的倏逝場來激發(fā)表面等離子體共振效應（Surface Plasmon Resonance,SPR）制成的新型傳感器，具有靈敏度更高、集成性好、能夠實現實時遠距離監(jiān)測等特點，被廣泛地應用在生物醫(yī)學、物理檢測、環(huán)境污染等方面。但影響側邊拋磨光纖SPR傳感器性能的因素有很多，例如側邊拋磨光纖的拋磨長度、剩余光纖厚度、金屬膜厚度以及金屬膜結構等。對于這些影響因素的分析，有助于提高傳感器的系統(tǒng)性能，并為進一步

2、研究發(fā)展新的傳感器設計方案。為此，本文首先總結了基于側邊拋磨光纖的SPR傳感器研究現狀和存在問題，然后系統(tǒng)研究了側邊拋磨光纖的種類和結構參數，以及激勵金屬結構和參數對于光纖SPR傳感器的影響，并分別提出了最優(yōu)化設計方案。本文的具體內容如下：
　　第一、綜述了SPR的發(fā)展歷程和基本概念，引入了光纖SPR傳感器，分析總結了基于側邊拋磨光纖的SPR傳感器發(fā)展現狀和存在的問題，并由此提出本文的主要研究內容。
　　第二、介紹了幾種分析

3、光纖SPR的解析方法和數值模擬方法，重點介紹了本文所選用的有限元法。然后描述基于有限元法的仿真軟件COMSOL Multiphysics的建模步驟及參數設置。最后討論金的折射率色散關系，為后續(xù)模擬計算做準備。
　　第三、針對側邊拋磨小芯徑光纖和側邊拋磨大芯徑光纖，分別研究了納米金膜的厚度、側邊拋磨光纖的剩余厚度、模式階數等參量對傳感器性能的影響，從而得出最佳參數。依據所計算的最佳參數制作側邊拋磨光纖SPR傳感器，完成了對傳感器的實

4、驗標定，并與理論結果進行對比分析。
　　第四、針對激勵金屬結構，系統(tǒng)研究了納米金圓柱、納米金方柱和納米金三角形柱三種情況下的最優(yōu)結構參數，并在最優(yōu)結構參數的基礎上仿真模擬了傳感器的靈敏度、半高寬和品質因數。研究發(fā)現：相對于傳統(tǒng)的納米金屬膜結構的光纖SPR傳感器，納米金柱陣列均能在不同程度增強側邊拋磨光纖SPR傳感器的靈敏度。
　　第五、總結本論文工作，指出存在的不足之處，并提出進一步完善的建議。
　　本文的創(chuàng)新之處在于