基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究.pdf

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1、2016拄仪表技术与传感器2016第9期InstrumentTechniqueandSensorNo．9基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究付丽辉．尹文庆(1．淮阴工学院自动化学院，江苏淮安223003；2．南京农业大学工学院，江苏南京210031)摘要：以等离子共振效应为基础，对等离子共振以及光纤传感的结构细节进行阐述，利用MATLAB软件模拟研究金属膜复介电常数虚部及实部、金属膜层厚度、光纤纤芯折射率、环境介质折射率对光纤表面等离子体共振反射谱性质的影响，对这些参数在性能特点上进行分别讨论，最后，在研究影响激发SPR现象因素和反射谱随性能参数变化规律的基

2、础上．讨论了光纤SPR传感器波长调制型测量方法的可行性。从而为进一步提高表面等离子体共振传感器的灵敏度和检测精度以及光纤传感系统的优化设计提供理论指导。关键词：光纤；传感器；等离子共振；折射率；共振波长；仿真’中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)09—0013—04TheoreticalResearchofFiber．opticSensorsBasedonSurfacePlasmonFULi．hui．YINWen．qing(1．FacultyofAutomation，HuniyinInstituteofTechnology，Huaian22

3、3003，China；2．CollegeofEngineering，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210031，China)Abstract：BasedonthetheoryofSurfacePlasmonResonance(SPR)，thetechniqueofSurfacePlasmonResonancewasde-scribedandadetailedmechanismoftheFiber·Opticsensingwasdiscussed．Theinfluenceoftherealandimaginarypartofmetalme

4、mbrane’dielectricconstant，thethicknessofthemetal，therefractionindexofthefibercoreandenvironmentmedium，andSPRreflectivespectralpropertiesweresimulatedbyMATLAB．ThemainperformanceparametersofSPRsensorswererespectivelydis-cussed．Finally，basedontheresearchofinfluentialfactorininspiringSPRphenomeno

5、nandthechangeregularitiesofreflectivespectrumwithperformanceparameters，thefeasibilityofwavelengthmodulatingSPRSensorswasdiscussed，whichprovidedathe—oreticguideforimprovingthesensitivityandaccuracyofSurfacePlasmonResonance(SPR)sensorandtheoptimizationdesignoffiberSPRsensorsystem．Keywords：optic

6、alfiber；sensor；surfaceplasmonresonance(SPR)；refractiveindex；resonancewavelength；simulationO引言金属中的等离子振荡，也就是金属表面等离子波。所等离子共振传感器所基于的共振现象是发生在谓消逝波则是指当光束从光密介质入射到光疏介质光与电解质界面之上，由自由电子在某种条件下的共时，分成一束透射光和一束反射光，此时，如果人射角振作用而产生的物理光学现象_1]。光在玻璃界面处大于临界角，就会发生全发射现象，在此过程中，光疏发生全内反射时产生的消逝波[1]会引发金属表面的介质中仍然有电磁波存在，并且，此

7、电磁波的振幅会自由电子产生表面等离子体(surfaceplasmon，SP)。随着透射深度的增大而呈指数衰减，此即为消逝所谓等离子体[2]．就电气技术而言．是指一种拥有离波[5J，在入射角或波长为某一适当值时，导致上述金子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质，也即表属表面等离子体波与消逝波的频率和波数相等，二者面充电振荡的量子，金属即被看作一种电荷密度很高即发生共振，此时，人射光的部分能量被吸收，而反射的低温等离子体[4]，金属中的价电子相对于正离子背光的能量急剧下降，在反射光谱