微結構光纖傳感機理研究及應用.pdf

1、微結構光纖廣義上包括傳統(tǒng)的光子晶體光纖和在普通光纖上制作微納米尺寸結構的光纖。微結構光纖靈活多樣的結構設計，可以得到各種所需要的光學特性，這是傳統(tǒng)光纖無法比擬的，引起了科學界的廣泛關注。微結構光纖傳感器的種類很多，本論文的研究工作主要圍繞基于如下兩種工作原理的傳感器開展的，一是基于表面等離子體激元的微結構光纖傳感器（包括局域場和非局域場表面等離子體共振）。二是基于干涉型的微結構光纖傳感器（包括法布里珀羅干涉和邁克爾遜干涉）。本論文的主要

2、工作和創(chuàng)新點如下：
　　(1)設計和研究了全固態(tài)D形狀光子晶體光纖傳感頭，其原理是基于表面等離子體共振機理。該傳感頭的提出解決了相位匹配問題，并簡化了制作工藝。模擬結果顯示隨著折射率的增加，波長漂移速度增大，其折射率靈敏度至少為7300nm/RIU，曲線品質因子優(yōu)于216。為了更好的激發(fā)出等離子體波，研究了所鍍銀膜的厚度，第一圈介質棒的尺寸大小和拋光深度的影響。研究中發(fā)現(xiàn)了奇特的物理現(xiàn)象，隨著拋光深度的增加，共振波長先紅移，然后藍

3、移,，最大的曲線品質因子出現(xiàn)在轉折波長處。
　　(2)設計了新型的納米網(wǎng)格結構的表面拉曼增強散射傳感頭，該傳感頭可直接在光纖端面制作。該結構使等離子體共振峰具有很好的穩(wěn)定性，且能長時間高效率工作。雙共振峰的產(chǎn)生，相對于一個共振峰來說，使增強因子提高了兩個數(shù)量級，局域場被大大的增強了。由于傳感頭是對稱結構，所以光源偏振態(tài)的影響可以忽略不計。
　　(3)提出了一種微結構多腔法布里珀羅干涉的傳感頭。在單模光纖端面一定距離的地方，用

4、飛秒激光器制作一個矩形小孔，和單模光纖的端面形成了多個腔。首先，用峰值波長追蹤法來解調折射率和溫度的變化。實驗結果顯示，折射率靈敏度和溫度靈敏度達到了867.6nm/RIU和7.8pm/oC。該傳感頭，存在兩個獨立的腔，空氣腔用來測折射率，玻璃腔用來測溫度。這樣就避免了折射率和溫度的交叉影響。
　　(4)提出了一種基于紫外膠填充光子晶體光纖空氣孔的微型邁克爾遜干涉光纖傳感頭，該傳感頭包括單模光纖，紫外膠和光子晶體光纖，紫外膠連接單