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基于光谱吸收CH_4传感器灵敏度的分析

现代电子技术 2013年第18期36卷 142-143,147页

作者：李蓉蓉余震虹张显杰孙成江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

基于气体红外吸收的基本原理,首先对部分常见气体的吸收谱进行了解,然后对甲烷(CH4)气体传感器原理进行分析。对于光纤气体传感器而言,气体检测灵敏度是一个重要的考虑因素。通过对光谱吸收理论的分析和数据模拟,得到在不考虑光路干扰因... 详细信息

基于气体红外吸收的基本原理,首先对部分常见气体的吸收谱进行了解,然后对甲烷(CH4)气体传感器原理进行分析。对于光纤气体传感器而言,气体检测灵敏度是一个重要的考虑因素。通过对光谱吸收理论的分析和数据模拟,得到在不考虑光路干扰因素,理想状态情况下,气室吸收长度L和气体浓度C对传感器灵敏度的影响。当L一定时,C增大,则会提高传感灵敏度。当C一定时,增加L,尤其当C较高时,则传感灵敏度较高。

关键词： CH4气体浓度气室长度传感灵敏度透光率

基于人工局域表面等离激元的高灵敏传感研究进展(特邀)

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光子学报 2023年第10期52卷 3-20页

作者：白天硕王莞竹张龙飞张璇如崔铁军东南大学毫米波国家重点实验室南京210096 东南大学电磁空间科学与技术研究院南京210096 东南大学信息科学与工程学院南京210096 东南大学微电子学院南京210096

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式,在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性,并且与平面印刷电路工艺兼容,易于和信号检测电路、无线通信电路集成,因... 详细信息

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式,在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性,并且与平面印刷电路工艺兼容,易于和信号检测电路、无线通信电路集成,因此在小型化便携式的物联传感领域展现出广阔的应用前景。本文重点介绍人工局域表面等离激元传感的新原理、相关技术及典型应用。在传感新原理方面,讨论了新型人工局域表面等离激元的谐振结构、电磁模式、以及涡旋波传感原理;在传感指标提升技术方面,探讨了模式间耦合和有源放大两种传感增强方法;在应用探索方面,回顾了人工局域表面等离激元在溶液浓度传感、细胞传感和力学量传感等方向的代表性工作,介绍了小型化人工局域表面等离激元传感系统的最新进展。最后,对人工局域表面等离激元传感的发展趋势进行了讨论和展望。

关键词：电磁谐振人工局域表面等离激元传感增强传感灵敏度传感系统

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碳涂覆光纤用于分布式裂缝检测的实验研究

四川大学学报（工程科学版） 2010年第4期42卷 230-233页

作者：张少杰陈江闵兴鑫叶丰刘浩吾四川大学水利水电学院四川成都610065 中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院云南昆明650051

采用混凝土模型实验研究一种新型光纤—碳涂覆光纤的传感特性,测定了分布式光纤传感用于混凝土结构裂缝监测中的力-光本构关系和性能参数。表明碳涂覆光纤具有高分辨率(0.02mm),动态范围(1～4.5mm)明显优于普通单模光纤,从而弥补普通光... 详细信息

采用混凝土模型实验研究一种新型光纤—碳涂覆光纤的传感特性,测定了分布式光纤传感用于混凝土结构裂缝监测中的力-光本构关系和性能参数。表明碳涂覆光纤具有高分辨率(0.02mm),动态范围(1～4.5mm)明显优于普通单模光纤,从而弥补普通光纤应用于光纤裂缝传感时的某些缺陷,对在条件恶劣的情况下采用碳涂覆光纤进行工程健康监测提供了依据。

关键词：分布式光纤裂缝传感监测碳光纤光纤传感模型试验传感灵敏度动态范围

基于人工局域表面等离激元的高灵敏传感研究进展（特邀）

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光子学报 2023年第10期 10-27页

作者：白天硕王莞竹张龙飞张璇如崔铁军东南大学毫米波国家重点实验室东南大学电磁空间科学与技术研究院东南大学信息科学与工程学院东南大学微电子学院

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式，在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性，并且与平面印刷电路工艺兼容，易于和信号检测电路、无线通信电路集成... 详细信息

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式，在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性，并且与平面印刷电路工艺兼容，易于和信号检测电路、无线通信电路集成，因此在小型化便携式的物联传感领域展现出广阔的应用前景。本文重点介绍人工局域表面等离激元传感的新原理、相关技术及典型应用。在传感新原理方面，讨论了新型人工局域表面等离激元的谐振结构、电磁模式、以及涡旋波传感原理；在传感指标提升技术方面，探讨了模式间耦合和有源放大两种传感增强方法；在应用探索方面，回顾了人工局域表面等离激元在溶液浓度传感、细胞传感和力学量传感等方向的代表性工作，介绍了小型化人工局域表面等离激元传感系统的最新进展。最后，对人工局域表面等离激元传感的发展趋势进行了讨论和展望。

关键词：电磁谐振人工局域表面等离激元传感增强传感灵敏度传感系统

侧面抛磨型双芯熊猫光纤的折射率传感特性仿真分析

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中北大学学报（自然科学版） 2017年第4期38卷 493-497页

作者：田二明韩建宁中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

研究了双芯熊猫光纤经侧面抛磨后的折射率传感特性,并具体分析了抛磨、纤芯尺寸、纤芯、折射率对比度对传感器特性的影响.通过侧面抛磨方式,可以使得熊猫光纤一侧气孔侧壁与外界待测液体接触,这有助于加快响应速度;同时利用Mach-Zehnde... 详细信息

研究了双芯熊猫光纤经侧面抛磨后的折射率传感特性,并具体分析了抛磨、纤芯尺寸、纤芯、折射率对比度对传感器特性的影响.通过侧面抛磨方式,可以使得熊猫光纤一侧气孔侧壁与外界待测液体接触,这有助于加快响应速度;同时利用Mach-Zehnder干涉检测方式可以获得较高的流体折射率检测灵敏度.仿真表明,经过优化的双芯熊猫光纤结构可望使系统检测液体折射率的灵敏度达到3.8×10-5 RIU(Refractive Index Unit).

关键词：双芯熊猫光纤折射率传感特性传感灵敏度

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光纤布拉格光栅的折射率传感研究

激光与红外 2016年第6期46卷 737-741页

作者：李建鹏曾晓琳官静雯康佳静孙秀晶刘晓昱华侨大学工学院福建泉州362021

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化（传感灵敏度... 详细信息

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化（传感灵敏度）越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9μm时,折射率的检测范围为1.3872-1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。

关键词：光纤布拉格光栅传感灵敏度折射率甘油溶液腐蚀光功率

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MEMS交叉梳齿光栅设计和优化

微纳电子技术 2011年第12期48卷 787-791页

作者：张恒姚军庄须叶陶逢刚汪为民中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室成都610209 中国科学院研究生院北京100049

采用MEMS技术设计和制造了一种由梳齿驱动器驱动的新型交叉梳齿光栅,同时优化了该光栅的驱动器结构,着重分析了优化驱动器结构对光栅机械特性和光学传感特性的影响,优化后的光栅相对于未优化时具有更大的位移、更好的光学传感特性。基于... 详细信息

采用MEMS技术设计和制造了一种由梳齿驱动器驱动的新型交叉梳齿光栅,同时优化了该光栅的驱动器结构,着重分析了优化驱动器结构对光栅机械特性和光学传感特性的影响,优化后的光栅相对于未优化时具有更大的位移、更好的光学传感特性。基于PolyMUMPs工艺制作了梳齿驱动器驱动交叉梳齿光栅,并逐步分析了该光栅的加工步骤。结合有限元分析软件,对该MEMS光栅的机械特性进行了分析。分析结果表明,在85V下,该光栅驱动器的位移为2.7μm,而实际测量的位移为2.1μm。通过对该光栅驱动器结构进行优化,得到在同等电压下优化后的光栅驱动器位移较未优化时有显著提高,在85V时,优化后的MEMS光栅驱动器的位移为4.3μm。根据傅里叶光学理论计算得到,该光栅的传感灵敏度与驱动器位移成正比,经过计算得到优化后MEMS光栅的光学传感曲线更加陡峭,具有更好的传感特性。

关键词： MEMS交叉梳齿光栅光学传感特性位移优化传感灵敏度

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纳米柱阵列传感器的结构优化设计

微纳电子技术 2010年第12期47卷 781-786页

作者：倪祖高马文英姚军陈科帆中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室成都610209 中国科学院研究生院北京100039 成都信息工程学院通信工程学院成都610225

采用时域有限差分法(FDTD)对Ag纳米柱粒子构成的三角、方形和六角三种有限阵列排布方式下的局部表面等离子体共振(LSPR)传感特性进行了研究,讨论了三种阵列排布方式下栅格间距的变化对其消光特性、折射率灵敏度(RIS)和品质因素(FOM)的... 详细信息

采用时域有限差分法(FDTD)对Ag纳米柱粒子构成的三角、方形和六角三种有限阵列排布方式下的局部表面等离子体共振(LSPR)传感特性进行了研究,讨论了三种阵列排布方式下栅格间距的变化对其消光特性、折射率灵敏度(RIS)和品质因素(FOM)的影响。栅格间距的变化使粒子间的电磁耦合发生了变化,进而改变了消光谱线,相应的折射率灵敏度和谱线的半高全宽也都发生变化。仿真结果表明,三角、方形和六角阵列的栅格间距分别为550,475和550nm时,品质因数分别取得极大值10.35,8.92和7.38RIU-1,较单个银粒子的2.76RIU-1分别提高了3.75,3.2和2.67倍。最优时,阵列结构的RIS均比单个的要高,分别为单个的1.2,1.16和1.18倍,且半高全宽(FWHM)均比单个的要窄,分别为单个的0.32,0.36和0.44倍。因此,阵列结构能够获得比单个结构更佳的传感灵敏度,且三角阵列结构比方形阵列和六角阵列的传感灵敏度要高。因此,三角阵列结构更能提高传感灵敏度,这对于纳米粒子的传感特性研究具有一定的指导意义。

关键词：有限阵列局部表面等离子体共振折射率灵敏度半高全宽品质因素传感灵敏度

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基于表面等离激元共振耦合的光学传感器

基于表面等离激元共振耦合的光学传感器

作者：任梦珂郑州大学

学位级别：硕士

表面等离激元（SPs）是存在于金属表面的自由电子气团,当入射光照射在金属等离子体表面时,自由电子气团与入射光相互作用,产生一种特殊的电磁振荡模式,我们叫做表面等离激元共振（SPR）。由于表面等离激元共振具有突破衍射极限和强的局... 详细信息

表面等离激元（SPs）是存在于金属表面的自由电子气团,当入射光照射在金属等离子体表面时,自由电子气团与入射光相互作用,产生一种特殊的电磁振荡模式,我们叫做表面等离激元共振（SPR）。由于表面等离激元共振具有突破衍射极限和强的局域场增强等一系列独特的光学特性,使得金属微纳结构的光学元件更加微型化和集成化。而这些微纳结构也广泛的应用于表面增强拉曼散射,光学传感器,激光器,医学成像等领域。本论文主要对基于表面等离激元共振耦合的光学传感器进行研究。首先从表面等离激元的研究意义、发展状况以及光学特性进行阐述,又通过对表面等离激元共振的分类进一步理解其物理机制,分析了基于表面等离激元共振的几种应用并提出了增强表面等离激元共振的方法。针对表面等离激元共振在光学传感器方面的应用,根据电磁场基本理论,本文创新的提出了两种具有高传感性能的表面等离激元共振耦合传感器结构,并基于有限元分析法使用CST仿真软件进行模拟计算。1、本论文从理论上研究了T型二聚体（TD）纳米结构和带有纳米线负载（NL）的T型二聚体纳米结构（TD/NL）的光学特性。通过在TD纳米结构周围沉积NL,结构的光学性质发生了显著改变,TD/NL的消光光谱出现了分裂的共振峰,并由于等离子体激元杂交而显示出Fano共振的不对称特性。此外,在复合TD/NL纳米结构中可以获得更强的电场增强,计算结果表明,在设计的TD/NL纳米结构中,暗模式的场增强效果是TD纳米结构的三倍。同时,TD/NL纳米结构中的Fano共振显示出窄的光谱线宽和高品质因数,这对光学折射率传感器是有利的。通过改变结构周围环境的折射率,测其灵敏度高达1083 nm/RIU。2、本设计将一种沉积在玻璃基板上的相对E形延伸（EW）结构,用于折射率传感。选择Ag作为表面等离激元金属材料,并通过有限元方法（FEM）对其性能进行数值研究。由于等离激元纳米结构之间的共振耦合,其光吸收在红外区域显著增强,同时散射减弱,形成一个明显的凹槽。我们将其应用于传感领域,仿真结果表明,所提出的传感器在折射率变化范围为1.332-1.467的情况下,平均灵敏度为669 nm/RIU。因此,该传感器可以有效地监测周围环境的细微变化,对于生物医学和有机物检测及相关应用具有巨大的商业价值。

关键词：表面等离激元等离激元共振耦合折射率传感传感灵敏度