基于表面等離子體共振的光子晶體光纖特性研究.pdf

1、表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，簡稱SPR）傳感技術(shù)具有高靈敏度，實(shí)時(shí)監(jiān)測，免標(biāo)記的特點(diǎn)，極其適用于檢測液態(tài)樣品特性，在生物分子作用分析和生物化學(xué)傳感領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用研究。通過深層優(yōu)化，SPR技術(shù)還可以應(yīng)用于衛(wèi)生保健、醫(yī)藥品、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領(lǐng)域。光子晶體光纖（Photonic Crystal Fiber，簡稱 PCF）可以支持一系列的固體或液體基質(zhì)填充在空氣孔中，當(dāng)光波在光子晶體光纖的纖芯中

2、傳導(dǎo)，會(huì)增大纖芯模式的倏逝波與填充物的接觸面積，為緊湊型光流體器件的發(fā)展提供良好的平臺(tái)。本論文基于金納米層填充至PCF空氣孔內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)，研究了以下內(nèi)容：
　　(1)首先從理論上梳理了Kretschmann棱鏡激發(fā)SPP的原因，進(jìn)而延伸二維圓柱型波導(dǎo)激發(fā)SPP的條件。其次總結(jié)了PCF的導(dǎo)光機(jī)制及制備方法，最后按照環(huán)型金屬納米層的位置及形態(tài)不同，討論了三類PCF-SPR結(jié)構(gòu)，并提出PCF-SPR結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)制備方法。
　　(2)采

3、用Yariv的基于束縛模式的耦合模方程和超模理論，討論了PCF-SPR結(jié)構(gòu)中泄漏模式之間的兩種模式耦合機(jī)制：模式的避免交叉和交叉效應(yīng)。利用有限元算法計(jì)算了一種簡單的PCF-SPR結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果表明模式耦合系數(shù)在PCF-SPR結(jié)構(gòu)中耦合機(jī)制的改變有著的重要作用，這一點(diǎn)與理論結(jié)果相符。
　　(3)設(shè)計(jì)出一種偏芯PCF-SPR（Side Core PCF-SPR，簡稱SCPCF-SPR）液體折射率傳感器。SCPCF-SPR借鑒雙芯PCF

4、結(jié)構(gòu)，增大了模式的交疊量，促使避免交叉效應(yīng)產(chǎn)生，改善了SPR傳感器固有的非線性響應(yīng)屬性。在1.33至1.43的液體折射率區(qū)間，傳感器的最大靈敏度達(dá)到5000nm/RIU；在1.44至1.54液體折射率區(qū)間，傳感器響應(yīng)曲線表現(xiàn)出極高的線性度，平均靈敏度為9295nm/RIU。
　　(4)設(shè)計(jì)出一種基于0階表面等離子體模式（Surface Plasmon Polariton，簡稱SPP）的超寬單模單偏振PCF，利用級(jí)聯(lián)環(huán)型金納米層中位

5、于金/液體界面的0階SPP的相位選擇特性及折射率敏感性，以及位于金/二氧化硅界面的2階SPP的折射率不敏感性，實(shí)現(xiàn)了在第二通信波段內(nèi)單一偏振光的傳輸，同時(shí)可通過調(diào)節(jié)溫度或電磁等參量改變體系的共振條件以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧功能。當(dāng)液體折射率為1.52時(shí)，該結(jié)構(gòu)在第二通信波段擁有360nm的單模單偏振工作帶寬，其偏振消光比大于30dB。同時(shí)，合適的液體折射率會(huì)促使避免交叉效應(yīng)的出現(xiàn)從而提高兩個(gè)相互正交的纖芯基模的損耗差值。通過改變環(huán)型金納米層直徑及厚