表面等离子体波传感器数值仿真及其检测应用研究

摘要

表面等离子体共振效应传感器（SurfacePlasmonResonanceSensor，SPRS）是以高折射率光波导和贵金属薄膜为基体的光学传感器件。由于SPR传感器具有高灵敏度、抗干扰、响应速度快、无损检测等诸多优点，因此在生物医学、环境监测、食品卫生等对各领域有着极大的发展潜力。全文主要研究工作包括如下几个部分：
　　首先，本文利用时域有限差分方法对棱镜Kretschman模型及光纤SPR模型进行了数值模拟。从理论仿真角度研究了表面等离子体共振效应，并探索了串联分布式棱镜SPR传感器及D型光纤SPR传感器共振激励特性，给出了串联分布式棱镜SPR传感器优化配置方法。
　　其次，研究了纤芯/金膜结构光纤SPR传感器湿度敏感特性，得到环境湿度变化与反射光谱图的对应关系。在此基础上，采用提拉法在纤芯/金膜结构光纤SPR探针表面增覆不同厚度具有湿度增敏功能的聚乙烯醇(PVA)薄膜，研制出基于PVA薄膜的光纤SPR湿敏传感器。
　　再次，研究了基于SPR共振效应的光纤液位监测传感器。研究结果表明，SPR共振强度与被测液体液面位置之间存在良好对应关系。在光纤SPR液位传感器检测范围内，SPR共振强度仅与浸入乙醇和蒸馏水中的SPR探针长度相关，而与液体介质的折射率变化无关联。
　　最后，提出了基于EMD自适应滤噪算法的SPR共振光谱滤噪方法。将EMD分解与LMS自适应滤波相结合，分别对仿真含噪SPR光谱和实际SPR光谱进行滤波处理。研究结果表明，EMD自适应滤波法具有较好的自适应性，能够有效地滤除噪声，并保留了特征光谱细节信息。

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图表目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2表面等离子体波共振传感器

1.3国内外研究现状

1.4 研究内容及意义

1.5 本章小结

第二章 表面等离子体波传感器数值仿真研究

2.1 表面等离子体波共振原理[41]

2.2棱镜SPR传感器模型数值仿真

2.3光纤SPR传感器模型仿真

2.3 本章小结

第三章 基于光纤SPR传感器的湿度及液位监测研究

3.1 基于光纤SPR传感器的湿度监测研究

3.2 基于光纤SPR传感器的液位监测研究

3.3 本章小结

第四章 表面等离子体波共振特征光谱信号处理研究

4.1 光纤表面等离子体波传感系统噪声分析

4.2经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)法

4.3 表面等离子体波共振光谱特征信号噪声滤除研究

4.4基于EMD分解的实测共振光谱信号滤噪方法研究

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 课题展望

参考文献

致谢

硕士期间研究成果及发表论文