基于表面等离子体共振的光子晶体光纤横向应力传感器研究

作     者：朱晟昦 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海

授予年度：2018年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：光子晶体光纤 横向应力 表面等离子体共振 液晶 耦合模 

摘      要：光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)因其灵活可控的结构以及独特的控光机制逐渐成为良好的光纤传感平台,同时表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)传感技术也因为高精度、高灵敏度而在传感领域被广泛应用。本文从PCF的结构设计出发,综合SPR技术,完成了偏振依赖的PCF横向应力传感器设计。通过深入分析其传感机制,为新型横向应力传感器的应用研究提供理论指导。本文主要的研究内容如下:(一)综述国内外横向应力传感研究进展,阐述目前PCF横向应力传感所面临的低灵敏度、交叉敏感难题。通过PCF结构的优化设计,将大边孔结构与SPR技术相结合以解决原有横向应力传感的缺陷。(二)设计了一种基于PCF-SPR结构的偏振滤波型横向应力传感器。通过在包层中引入四个超大边孔并在其中两个选择性涂覆金纳米薄膜,有效提高了传感器横向应力灵敏度。采用有限元法研究该传感器在通信窗口内的偏振滤波特性及传感机理。结果表明,该传感器能实现任意方向横向应力的高灵敏度测量。这种边孔结构和SPR技术的有机结合,使该传感器成为一种优良的横向应力传感器。(三)设计了一种液晶填充的灵敏度增强型的PCF横向应力传感器。在PCF纤芯中掺入分子指向失可调的液晶功能材料以实现偏振滤波及传感工作波长的调谐。结果表明,该传感器可以实现在特定波长处的偏振滤波,及高灵敏度且无弯曲损耗的横向应力传感。此外,调整液晶分子指向矢转动角度还能有效地检测温度和任意方向的横向应力。