【摘 要】
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利用表面等离子体共振（SPR）来感知外界环境介质的变化是一种新型的传感检测方法。基于SPR的传感器因具有紧凑、高灵敏度、无标记和实时监测的优点被广泛应用于医疗诊断、食品质量、环境和气体传感领域中。与传统的棱镜型SPR传感器相比,光纤SPR传感器能最大限度地减少尺寸、降低成本效益。本文分析了盐度检测的研究现状,利用锥形三芯光纤的强耦合特性和倏逝场激发特性,设计了一种基于三芯锥形光纤的表面等离子体共振
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利用表面等离子体共振（SPR）来感知外界环境介质的变化是一种新型的传感检测方法。基于SPR的传感器因具有紧凑、高灵敏度、无标记和实时监测的优点被广泛应用于医疗诊断、食品质量、环境和气体传感领域中。与传统的棱镜型SPR传感器相比,光纤SPR传感器能最大限度地减少尺寸、降低成本效益。本文分析了盐度检测的研究现状,利用锥形三芯光纤的强耦合特性和倏逝场激发特性,设计了一种基于三芯锥形光纤的表面等离子体共振传感器,搭建了实验平台对传感器的传感性能进行测试,论文的主要研究内容如下:首先,在光纤SPR传感器理论的基础上,研究了锥形光纤SPR传感器总反射系数的计算方法。通过对几种常用的金属材料进行仿真,选择合适的金属膜以激发光纤表面等离子体共振。利用数值计算仿真分析了锥形光纤锥腰直径、金属膜长度和金属膜厚度对传感器性能的影响;其次,设计了基于三芯锥形光纤的SPR传感器,探讨了锥形光纤的几种制作方法和镀膜工艺,采用较为符合本次实验需求的氢气熔融火焰法和真空磁控溅射镀膜法完成对传感器的制备。搭建实验平台,通过对不同折射率的盐溶液进行测试,得出传感器的灵敏度为3450.73961nm/RIU,实验结果与仿真结果基本一致;最后,设计了两种在银膜外加镀化学性质稳定金属膜的SPR传感器:一种是银膜加氧化铝薄膜的光纤SPR传感器,经过实验测试,其灵敏度可达4682.125nm/RIU;另一种是银膜加高纯铟膜的光纤SPR传感器,其灵敏度比仅涂覆单一银膜的光纤SPR传感器的灵敏度提高44%,高达4989.34nm/RIU。实验结果表明,双金属结构的光纤SPR传感器能显著提高锥形光纤SPR传感器的灵敏度,且由于氧化铝薄膜和高纯铟耐腐蚀,又能对传感器起到保护作用,为后续的研究提供一定价值。
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