基于微结构光纤的气体和表面等离子体共振传感器研究

摘要

微结构光纤也被称为光子晶体光纤（当光纤中的孔周期排列时），由沿着整个光纤长度方向排列的空气孔组成，提供许多传统光纤不能提供的新功能。由于独特的几何结构，微结构光纤的特殊性能在传感应用中展现出了杰出的潜力。本文从理论和实验方面研究了利用微结构光纤的气体传感器，并设计和分析了利用微结构光纤的表面等离子体共振传感器实现折射率和温度的传感。
　　主要内容包括以下几部分：
　　1.气体传感器
　　在理论上，分析了亚波长悬浮纤芯的微结构光纤在气体传感领域的应用。对光纤参数和材料折射率对传感器的相对灵敏度，有效模场面积和限制损耗的影响做了分析。确定了该光纤发展成为具有高灵敏度，大有效模场面积和低损耗的气体传感器的可能。
　　在实验上，利用光子带隙型微结构光纤和波分复用器，设计了一个三点探测的乙炔气体传感器，选用乙炔气体的三个吸收峰：1530.371nm、1532.830和1536.712nm，实现同时探测了三个气体室的气体吸收光谱。
　　2.折射率传感器
　　提出了基于六孔微结构光纤表面等离子体共振的折射率传感器，该光纤的大孔非常方便进行镀膜和分析物的填充的操作，分析了光纤材料折射率对传感器灵敏度的影响。
　　研究了基于暴露芯微结构光纤表面等离子体共振传感器，分析了该传感器在探测分析物的折射率从1.33到1.42范围内的传感特性。
　　为了解决在微结构光纤表面等离子体共振传感器存在的相位匹配和分析物填充的问题，我们提出了基于D型空芯的微结构光纤表面等离子体共振传感器，并分析了纤芯的空气孔对传感器在波长，振幅和相位下检测的灵敏度的影响。
　　3.温度传感器
　　提出了利用六孔微结构光纤表面等离子体共振的温度传感器。光纤孔内镀银膜或填充银线，利用较大热-光系数的混合液体（乙醇和氯仿）作为传感介质，获得了较高的温度灵敏度。

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第一章 绪论

1.1光纤传感器的原理与分类

1.2微结构光纤

1.3微结构光纤在传感领域的应用

1.4论文的主要内容

第二章 折射率引导型微结构光纤气体传感器

2.1光纤气体传感器原理

2.2常见的光纤气体传感器

2.3悬浮芯光纤气体传感器

2.4本章小结

第三章 光子带隙型微结构光纤气体传感器

3.1光子带隙型微结构光纤气体传感器原理

3.2光子带隙型微结构光纤气体传感研究

3.3本章小结

第四章 微结构光纤表面等离子体共振折射率传感器

4.1表面等离子体共振原理

4.2光纤表面等离子体共振传感器

4.3微结构光纤表面等离子体共振传感器

4.4六孔微结构光纤表面等离子体共振折射率传感器

4.5暴露纤芯的微结构光纤表面等离子体共振折射率传感器

4.6 D型空芯微结构光纤表面等离子体共振折射率传感器

4.7本章小结

第五章 微结构光纤表面等离子体共振温度传感器

5.1表面等离子体共振温度传感器原理

5.2六孔微结构光纤的表面等离子体共振温度传感器

5.3填充银线的微结构光纤表面等离子体共振温度传感器

5.4本章小结

总结与展望

总结

工作展望

参考文献

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