基于微结构光纤的折射率和pH值传感器研究-光电信息工程专业论文.docxVIP

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独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 必威体育官网网址□, 在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 (请在以上方框内打―√‖) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 华中 科技 大 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 基于微结构光纤的传感器是近年来光学传感器的研究热点之一。微结构光纤传感 器具有结构简单、体积小、性价比高和可远距离分析等优点,在生物医学、食品检测、 环境检测等方面有广泛的应用前景。在基于微结构光纤的折射率传感器中,基于表面 等离子体共振和反谐振原理的光子晶体光纤传感器由于其高灵敏度和反应速度,受到 了广泛的关注。但是基于这两种传感机理的传感器都有着其天然的探测范围限制,如 何扩大传感器的探测范围,使其具有更大的普适性,是极有学术意义和应用价值的研 究。 本论文在仔细分析了表面等离子体共振和反谐振的工作原理后,发现两种共振分 别发生在待测样品折射率小于和大于背景材料折射率的情况下,因此提出了同时基于 表面等离子体共振和反谐振原理的传感器,对其潜在的折射率传感可能性进行的讨论, 并分析了传感器的结构参数以及通道数对传感器性能的影响。经过优化后,传感器的 探测范围可达 1.25~1.45,灵敏度最高可达 27000nm/RIU。 pH 值在生物化学领域是另一重要的测量参量,在本研究中采用了在光纤耦合器表 面镀 pH 值敏感溶胶-凝胶镀膜的方式进行实际测量实验。实验采用包埋法将 pH 指示剂 固定在光纤表面,得到的光纤传感器在灵敏度、线性度以及响应速度方面均有极好的 表现,并具备良好的可重复性。 关键词:表面等离子体共振 反谐振 光子晶体光纤传感器 pH 值 II II Abstract In recent years, Micro-sturcture Optical Fiber optical fibers (MOFs) sensors have received huge attention since the first demonstration of the detection of a refractive index change in waveguide configurations. MOFs sensors have many advantages such as simple structure, small volume, high cost-performance and remote analysis, which could be widely applied in biomedical, food testing, environmental testing and biological and chemical warfare agent detection. Among these MOFs-based designs, two mechanisms, antiresonant reflecting coupling and surface plasmon resonance (SPR) have attracted immense attentions due to their contributions to ultra high sensitivity. However, the sensors are restricted to the index of fiber material. So the researches in how to enlarge the measurement range of refractive index of analyte have great scientific and application significance. We note that the antiresonant reflecting coupling happens when the refractive

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