一种开放性悬芯光纤SPR传感器结构设计与性能优化

作者:刘星麟;全磊;刘晋荣;安永泉;张晶;王冠军 刊名:中北大学学报(自然科学版) 上传者:郑雪民

【摘要】为了同时兼顾实时流体传感与高灵敏度检测需求,结合开放式悬芯光纤与表面等离激元共振技术,设计了一种开放式三孔悬芯光纤表面等离激元共振(SPR)传感器结构.其特点是悬芯光纤中的一个大气孔对外开放,并在此气孔内侧沿着纤芯轴向设置大小、间距相同的金圆柱结构.金圆柱的存在可以激发SPR效应,通过选择合适的圆柱间距可以有效增强 SPR效应与传感器灵敏度.分析了金圆柱直径、间隔和被测流体的折射率变化对传感器的传输损耗谱、场增强效应和灵敏度的影响.分析结果表明,所提出的传感器参数经优化设计后,其 SPR传感灵敏度可以高达 2 .5×10-4nm/RIU.本文研究内容对相关实时光纤 SPR 传感器设计具有参考价值.

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20 1 8 年 第 3 9 卷 第 4 期 中 北 大 学 学 报(自然科学版) Vol.39 No.4 201 8 (总第 1 80 期) JOURNAL OF NORTH UNIVERSITY OF CHINA(NATURAL SCIENCE EDITION) (Sum No.180) 文章编号:1 6 7 3-3 1 9 3(201 8)04-045 6-05 一种开放性悬芯光纤 SPR 传感器 结构设计与性能优化 ① 刘星麟 1,全 磊2,刘晋荣 1,安永泉 1,张 晶3,王冠军 1,4 (1.中北大学 信息与通信工程学院,山西 太原 03005 1;2.河南机电职业学院 电气工程学院,河南 郑州 45 1 1 9 1; 3.北京航空航天大学 电子与信息工程学院,北京 1 00083;4.海南大学 信息科学技术学院,海南 海口 5 70228) 摘 要: 为了同时兼顾实时流体传感与高灵敏度检测需求,结合开放式悬芯光纤与表面等离激元共振技 术,设计了一种开放式三孔悬芯光纤表面等离激元共振(SPR)传感器结构.其特点是悬芯光纤中的一个大气 孔对外开放,并在此气孔内侧沿着纤芯轴向设置大小、间距相同的金圆柱结构.金圆柱的存在可以激发 SPR 效应,通过选择合适的圆柱间距可以有效增强 SPR 效应与传感器灵敏度.分析了金圆柱直径、间隔和被测 流体的折射率变化对传感器的传输损耗谱、场增强效应和灵敏度的影响.分析结果表明,所提出的传感器参 数经优化设计后,其 SPR 传感灵敏度可以高达 2.5×10-4 nm/RIU.本文研究内容对相关实时光纤 SPR 传 感器设计具有参考价值. 关键词: 悬芯光纤;表面等离激元共振;开放式光纤;折射率传感 中图分类号: TN25 3 文献标识码:A doi:10.39 6 9/j.issn.1 6 73-3 1 9 3.201 8.04.01 5 Structure Design and Performance Optimization of SPR Sensor with an Opened Suspended Core Fiber LIU Xing-lin1,QUAN Lei2,LIU Jin-rong1,AN Yong-quan1,ZHANG Jing3,WANG Guan-jun1,4 (1.School of Information and Communication Engineering,North University of China,Taiyuan 03005 1,China; 2.College of Electrical Engineering,Henan Mechanical and Electrical Vocational College,Zhengzhou 45 1 1 9 1,China; 3.School of Electronic and Information Engineering,BeiHang University,Beij ing 1 00083,China; 4.Collage of Information Science & Technology,Hainan University,Haikou 5 70228,China) Abstract:Considered the requirement of fluid sensing in real time and high sensitive detection,combined the opened s

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