基于微结构光纤的折射率和pH值传感器研究

论文摘要

基于微结构光纤的传感器是近年来光学传感器的研究热点之一。微结构光纤传感器具有结构简单、体积小、性价比高和可远距离分析等优点，在生物医学、食品检测、环境检测等方面有广泛的应用前景。在基于微结构光纤的折射率传感器中，基于表面等离子体共振和反谐振原理的光子晶体光纤传感器由于其高灵敏度和反应速度，受到了广泛的关注。但是基于这两种传感机理的传感器都有着其天然的探测范围限制，如何扩大传感器的探测范围，使其具有更大的普适性，是极有学术意义和应用价值的研究。本论文在仔细分析了表面等离子体共振和反谐振的工作原理后，发现两种共振分别发生在待测样品折射率小于和大于背景材料折射率的情况下，因此提出了同时基于表面等离子体共振和反谐振原理的传感器，对其潜在的折射率传感可能性进行的讨论，并分析了传感器的结构参数以及通道数对传感器性能的影响。经过优化后，传感器的探测范围可达1.251.45，灵敏度最高可达27000nm/RIU。pH值在生物化学领域是另一重要的测量参量，在本研究中采用了在光纤耦合器表面镀pH值敏感溶胶-凝胶镀膜的方式进行实际测量实验。实验采用包埋法将pH指示剂固定在光纤表面，得到的光纤传感器在灵敏度、线性度以及响应速度方面均有极好的表现，并具备良好的可重复性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光子晶体光纤简介
• 1.2 光子晶体光纤传感器
• 1.3 光纤 pH 值传感器
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 2 SPR 与反谐振的基本原理
• 2.1 SPR 的基本原理与检测方法
• 2.2 反谐振的基本原理与应用
• 2.3 本章小结
• 3 基于 SPR 与反谐振机理的光子晶体光纤传感器研究
• 3.1 基于混合探测探测机理的光子晶体光纤传感器结构图
• 3.2 基于反谐振原理传感的特性分析
• 3.3 基于 SPR 传感的特性分析以及两种传感原理之间的区分
• 3.4 结构的优化
• 3.5 本章小结
• 4 光纤 pH 传感器
• 4.1 光纤 pH 传感器的基本原理和结构
• 4.2 传感器探头的制作
• 4.3 传感器实验系统
• 4.4 传感器性能分析
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录 2 攻读硕士学位期间申请专利