光纤表面等离子体共振传感器特性及应用研究

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表面等离子体波共振(SPR)现象是一种光波与金属电子相互作用引起的光电子现象。光纤表面等离子体波传感器是一种将光纤技术和表面等离子体波共振效应巧妙结合在一起的光纤传感器。这种设计不仅具有SPR高灵敏度的特点,而且发挥了光纤本身的诸多优点,因而具有广泛的研究和应用前景。  本文首先介绍了表面等离子体波共振效应的原理及其激发条件。并从光学和电磁学的角度,分析影响表面等离子体波共振现象的诸多因素。同时,研究并讨论了光纤表面等离子体波传感器的结构设计及其工作原理。  然后,根据 SPR 原理和理论基础,使用基于有限元法(FEM)的 COMSOL Multiphysics 仿真模拟软件,对基于三棱锥结构的光纤 SPR 传感器进行了模拟仿真实验,分析其传感特性。  接下来,介绍基于侧边抛磨单模光纤,无芯光纤以及锥形无芯光纤结构的光纤SPR折射率传感器的结构,并通过仿真和实验对传感器的传感特性进行了测量和分析。  最后,在基于锥形无芯光纤SPR折射率传感器的基础上,通过使用聚丙烯酸和壳聚糖对传感器进行功能化,实现了传感器对溶液中铜离子的检测,并分析了其特异性和温度交叉灵敏度。
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