【摘 要】
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随着近年来科技的迅速发展及人们不断上升的物质需求,对于在环境检测中检测精度、响应时间、灵敏度等方面提出的要求逐年上涨,光纤表面等离子体共振传感器作为一种新兴的传感器,具有体积小、抗电磁干扰等优点,已广泛应用于生化分析、及环境监测中。本论文就D型光纤传感器进行设计与研究,利用有限元分析的方法结合COMSOL Multiphysics仿真软件设计出可用于检测液体折射率的高性能光纤SPR传感器,并分别对
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随着近年来科技的迅速发展及人们不断上升的物质需求,对于在环境检测中检测精度、响应时间、灵敏度等方面提出的要求逐年上涨,光纤表面等离子体共振传感器作为一种新兴的传感器,具有体积小、抗电磁干扰等优点,已广泛应用于生化分析、及环境监测中。本论文就D型光纤传感器进行设计与研究,利用有限元分析的方法结合COMSOL Multiphysics仿真软件设计出可用于检测液体折射率的高性能光纤SPR传感器,并分别对能够影响传感器性能的参数进行分析及优化。主要研究工作如下:以单模光纤为基础,对光纤SPR传感器进行设计及分析,得到不同结构的光纤SPR传感器后,将传感器的性能进行优化,最终得到能够检测外界介质折射率的高性能D型光纤SPR传感器。具体工作如下:（1）设计出基于金膜的D型光纤传感器,并对金层厚度进行了结构优化。经过优化后传感器灵敏度达到2750 nm/RIU。（2）设计出基于金膜与银光栅复合结构的D型光纤SPR传感器,并对光栅结构的厚度、个数分别进行了结构优化。经过优化后的传感器灵敏度达到3010 nm/RIU。（3）在设计出复合结构的D型光纤SPR传感器基础上,将传感器传感区域两端分别进行抛磨镀层,设计出一种性能更高、稳定性更强的双D型双通道光纤SPR传感器。两个检测通道灵敏度分别达到3440 nm/RIU和2760 nm/RIU,可以实现对信号进行双通道检测。以多模光纤为基础,对光纤SPR传感器进行设计及分析,得到不同结构的光纤SPR传感器后,将传感器的性能进行优化,最终得到能够检测外界介质折射率的高性能D型光纤SPR传感器。具体工作如下:（1）设计出基于金膜的D型光纤传感器,并对金层厚度进行了结构优化。经过优化后传感器灵敏度达到2760 nm/RIU。（2）设计出基于金膜与银光栅复合结构的D型光纤SPR传感器,并对光栅结构的厚度、个数分别进行了结构优化。经过优化后的传感器灵敏度达到4500 nm/RIU。除此之外,对本文提出通过线宽压缩的方法提高传感器性能的方法进行了模拟论证,分别应用于基于金膜的单模、多模光纤SPR传感器中,灵敏度分别达到2290nm/RIU和3830 nm/RIU,品质因数分别达到99.6和147.7。通过对传感器结构的设计及优化,研制出的D型光纤表面等离子体共振传感器具有较高的性能参数,为后续的实验研究提供了一定的参考。
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