【摘 要】
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光纤传感器的作用机理是表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）技术,SPR技艺和光纤的灵活联合,不单使传感器体积小、灵敏性能好,还使得传感器具备大范围监测本领和抗电磁干扰本领强等长处,因此普遍运用在生物医学、化学分析、环境检测和食物监测等范畴。D型光纤由于具有平坦表面及非对称结构,可以更好地与SPR技术结合,同时,一些金属和氧化物材料的结合可以提升SPR传感器
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光纤传感器的作用机理是表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）技术,SPR技艺和光纤的灵活联合,不单使传感器体积小、灵敏性能好,还使得传感器具备大范围监测本领和抗电磁干扰本领强等长处,因此普遍运用在生物医学、化学分析、环境检测和食物监测等范畴。D型光纤由于具有平坦表面及非对称结构,可以更好地与SPR技术结合,同时,一些金属和氧化物材料的结合可以提升SPR传感器的性能,因此本文设计并研究了几种以复合型材料为基础结构的D型光纤SPR折射率传感器,旨在提升光纤SPR传感器的灵敏度和品质因数（Figure of Merit,FOM）等性能,主要开展了以下几方面的工作:1.设计了一种金纳米线阵列的D型光纤SPR传感器。使用COMSOL软件建立结构模型,进行双折射理论分析。发现金纳米线传感器在垂直和平行于抛磨平面方向都能激发局域表面等离激元共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）,与使用金属膜时不同。研究了传感器的传感性能和纳米线的优化参数等。结果表明:该传感器在y偏振模下的共振峰的折射率灵敏度（Refractive Index Sensitivity,RIS）最高为3421 nm/RIU,FOM最高可达190 RIU-1;x偏振模下的RIS最高是1823 nm/RIU,FOM最高可达200 RIU-1。2.利用Ti O2纳米材料设计了一种金纳米线-Ti O2结构的D型光纤SPR传感器。研究结果表明:该传感器添加Ti O2薄膜后共振峰个数增加,可以实现多波长检测,且可测量折射率范围扩大;在外界折射率1.37下的最高RIS为2837nm/RIU,平均RIS为2142 nm/RIU,最高FOM在1.31时可达127 RIU-1。3.利用Zn O纳米薄膜设计了一种金纳米线-Zn O-Ti O2结构的D型光纤SPR传感器。研究结果表明此传感器的可测量折射率范围较大,并且显著提高了灵敏度:最高RIS在外界折射率为1.41时可达14788 nm/RIU,平均RIS为7877 nm/RIU。最高FOM在外界折射率1.36时可达175 RIU-1。4.设计了一种金纳米线-Zn O结构的D型光纤SPR传感器。研究结果表明:这种传感器可在更宽的外界折射率范围里传感,最高RIS在折射率为1.43时可达24127 nm/RIU,平均RIS为13234 nm/RIU,最高FOM在折射率1.37时可达217 RIU-1。
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