光纖SPR傳感器和消色差復(fù)合太赫茲波片的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、光纖表面等離子體共振(SPR)傳感技術(shù)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一。本文對(duì)光纖SPR傳感器進(jìn)行了研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴在理論上利用菲涅爾定理和轉(zhuǎn)移矩陣法詳細(xì)闡述了光纖SPR傳感器的原理，建立了光纖SPR傳感結(jié)構(gòu)的理論模型，并利用該理論模型解釋了SPR傳感結(jié)構(gòu)的角度調(diào)制方式和波長(zhǎng)調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)原理。同時(shí)本文系統(tǒng)的模擬了鍍膜厚度、傳感器探頭幾何形狀和包層纖芯折射率比值對(duì)傳感器靈敏度和精確度的影響。模擬發(fā)現(xiàn)，鍍膜厚度的變

2、化會(huì)同時(shí)影響傳感器的靈敏度和精確度;傳感器探頭的長(zhǎng)度和芯徑的變化不會(huì)影響傳感器的靈敏度，但會(huì)影響傳感器的精確度和出射光強(qiáng);一定范圍內(nèi)增大包層纖芯折射率的比值會(huì)提高傳感器的靈敏度。
　　 ⑵從提高傳感器靈敏度的角度出發(fā)，研究了一種新型的錐型傳感器探頭，并模擬了該錐型探頭錐度比對(duì)傳感器靈敏度的影響。研究發(fā)現(xiàn)該錐型探頭能有效地增加傳感器的靈敏度，當(dāng)錐度比在1.2至1.8之間時(shí)，該錐型傳感器有較高的性能。
　　 ⑶研制了兩種光纖

3、SPR傳感器探頭:圓柱形探頭和錐型探頭，并且搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶液折射率的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，圓柱型探頭的靈敏度為2510nm/RIU，錐型探頭傳感器靈敏度為3940nm/RIU，兩探頭實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬值符合的很好，驗(yàn)證了理論模擬結(jié)果。其中錐型探頭的靈敏度是普通探頭的1.6倍，對(duì)高靈敏度探頭的制備具有重要指導(dǎo)意義。
　　 ⑷在太赫茲技術(shù)方面，本文依據(jù)復(fù)合波片理論，編寫(xiě)了模擬退火算法，設(shè)計(jì)出了太赫茲下的消色差復(fù)合太赫茲1/

4、4波片。該波片在兩個(gè)太赫茲波段下具有理想的消色差性能，在0.2-2 THz波段范圍內(nèi)波片相位延遲偏差小于2％，在0.2-3 THz波段范圍內(nèi)波片相位延遲偏差小于4％。本文系統(tǒng)分析了不同石英玻片個(gè)數(shù)對(duì)消色差復(fù)合太赫茲波片的消色差性能以及厚度和損耗的影響。分析表明，隨著石英玻片個(gè)數(shù)的增加，波片的消色差性能也會(huì)越好，同時(shí)，波片的厚度也隨之增加，導(dǎo)致對(duì)太赫茲波的損耗增加。結(jié)果顯示，在0.2-2 THz和0.2-3 THz范圍內(nèi)，太赫茲1/4波片