学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于光子晶体光纤的表面等离子共振传感器的研究

作　者: 伏祥勇
导　师: 陆颖
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 光子晶体光纤 表面等离子体共振 传感器 有限元法
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 239次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在日常生产生活中的许多重要领域中，比如医药、环境、生物、食品等等，对于生化物质的检测和分析有着广泛的需求。采用光子晶体光纤制作传感器是传感器领域研究的一大热点，而基于表面等离子体共振效应（（SPR）光子晶体光纤传感器是其重要发展方向，尤其表面等离子共振传感技术在生化物质检测传感领域中有着巨大的应用潜力。因此，对光子晶体光纤表面等离子共振传感器进行研究具有重要意义。文章在基于光子晶体光纤表面等离子共振传感器研究中，使用有限元软件COMSOL Multiphysics构建光纤模型，分析传感器特性，逐步优化结构，并进行了相关实验验证和分析。本文的主要内容和创新点归纳如下:1）全面介绍了PCF和SPR的基本概念、特点以及发展状况，详细分析了SPR传感的基本原理，为设计和应用SPR传感器提供了相关的理论基础。2)针对在微米量级的气孔内镀膜操作的巨大困难性和难以重复使用的缺点，提出使用填充纳米金属线结构的光子晶体光纤来实现表面等离子共振传感。利用有限元法对该结构光纤在不同波长处的光场分布进行了模拟计算，并从共振波长及光强检测两个方面分别讨论了它们的传感特性。数值仿真结果表明经过优化设计的传感器结构，其光谱和光强检测灵敏度可以达到4x10-55x10-5 RIU，并且传感器的加工制作有望得到简化。3)从实用角度出发，提出聚合物光子晶体光纤用于光子晶体光纤表面等离子共振传感器，这种光纤采用聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA）制作，包层区域只有一层空气孔。金属膜不需要镀在微小的气孔内，只需要镀在光纤的外部侧面，待测物质在光纤外表面检测，也不需要填充到小孔中，方便于传感系统多次重复检测使用，省却了诸多麻烦。具有简单易用，方便重复使用，和较高可靠性、稳定性及灵敏度等众多优良特性。4)在大量理论工作和仿真模拟的同时，我们探索性地开展了相关的实验研究工作，通过不断优化实验方案，克服了某些技术上的困难，获得了较好的初步实验结果

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 引言  8-9
  1.2 研究意义  9-10
  1.3 PCF技术  10-17
    1.3.1 PCF简介  10
    1.3.2 PCF的发展  10-12
    1.3.3 PCF的特性  12-13
    1.3.4 PCF的数值计算方法  13-17
  1.4 SPR传感技术  17-22
    1.4.1 SPR与LSPR  17-18
    1.4.2 SPR简介及其发展历程  18-20
    1.4.3 SPR的优点及应用  20-22
  1.5 论文的主要内容  22-23
第二章 SPR传感的基本理论与方法  23-43
  2.1 波动方程  23-26
  2.2 光激发表面等离子共振传感器原理  26-29
  2.3 SPR光学传感系统的组成和分类  29-33
    2.3.1 棱镜藕合型SPR传感器  30
    2.3.2 波导藕合型SPR传感器  30-31
    2.3.3 光纤SPR传感器  31-32
    2.3.4 光栅SPR传感器  32-33
  2.4 SPR传感的调制及检测方式  33-34
    2.4.1 角度调制型  33
    2.4.2 波长调制型  33-34
    2.4.3 强度调制型  34
    2.4.4 相位调制型  34
  2.5 PCF-SPR传感技术  34-38
  2.6 金属膜厚度的选择  38-39
  2.7 有限元软件COMSOL Multiphysics简介  39-42
  2.8 小结  42-43
第三章 填充纳米银线光子晶体光纤表面等离子共振传感器  43-50
  3.1 填充半径150nm银线光子晶体光纤SPR传感器  43-45
  3.2 填充半径SOnm和300nm银线光子晶体光纤SPR传感器  45-47
  3.3 第二层气孔填充半径150nm银线光子晶体光纤SPR传感器  47-49
  3.4 小结  49-50
第四章 聚合物光子晶体光纤SPR传感器  50-54
  4.1 基于直径250pm聚合物PCF的SPR传感器  51-52
  4.2 基于直径125pm聚合物PCF的SPR传感器  52-53
  4.3 小结  53-54
第五章 PCF-SPR传感的实验研究  54-62
  5.1 实验方案  54-59
    5.1.1 宽带光源及其藕合  55-56
    5.1.2 PCF的选用  56-57
    5.1.3 金属镀膜  57-59
  5.2 PCF-SPR的数值计算与相关实验  59-61
    5.2.1 仿真模拟与数值计算  59-60
    5.2.2 实验结果与讨论  60-61
  5.3 小结  61-62
第六章 总结与展望  62-64
参考文献  64-75
发表论文和科研情况说明  75-76
致谢  76

相似论文

  1. 基于巨磁阻抗效应磁测传感器及地磁匹配算法研究,P318
  2. 永磁磁力耦合器结构与特性研究,TH139
  3. 基于DSP的集成光栅细分数显装置的研制,TH822
  4. 调频式电容位移传感器高速测频与非线性校正技术研究,TH822
  5. 基于CCD图像传感器的温度测量技术研究,TH811
  6. 转轴径向跳动和转速实时检测光电系统的研究,TH822
  7. 基于微型无人平台导航多传感器信息融合算法研究,V249.32
  8. CMOS星敏感器图像采集系统研究,V448.2
  9. 基于无线传感器网络的电动汽车电池组综合测试技术研究,U469.72
  10. 多端口网络通信平台的设计与实现,TN929.5
  11. 基于智能学习的多传感器目标识别与跟踪系统研究,TP391.41
  12. 多传感器信息融合及其在可穿戴计算机上的应用,TP202
  13. 无线传感器网络中定位攻击检测技术研究,TP212.9
  14. 基于时程分析法碾压混凝土重力坝抗震稳定性分析,TV642.2
  15. 一种老年人移动健康监护系统的研究,TN929.5
  16. 智能森林灭火航弹研究,S762
  17. 一种自适应选择处理节点的时空查询算法,TN929.5
  18. 城市照明管理系统中的时间同步方法研究,TM923
  19. 基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的研究,TN929.5
  20. 基于区域的无线传感器网络密钥管理方案研究,TP212.9
  21. 基于zigbee的智能楼宇环境监测无线传感网络,TN929.5

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
© 2012 www.xueweilunwen.com