研究背景与意义：

折射率传感器在液体浓度检测和生物样本检测等领域有重要应用。

传统的锥形光纤耦合回音壁微管腔方式存在机械强度低和鲁棒性弱的问题。

本文提出使用楔形光纤端面激发倏逝场并与微管腔耦合，形成回音壁模式，旨在提升传感器性能。

传感器设计：

传感系统由宽带光源、单模光纤、楔形光纤、微管腔和光谱分析仪组成。

WSF的倏逝场与微管腔耦合，形成回音壁模式，用于折射率传感。

理论模型与分析：

采用时域有限差分法（FDTD）建立理论模型，研究楔角、管壁厚度及微管腔外径对折射率传感特性的影响。

二维FDTD模型用于模拟WSF和微管腔的光学结构，设置TE模式光源和完美匹配层边界条件。

参数优化与仿真结果：

通过仿真分析，确定最优参数：楔角20°、管壁厚度1μm、微管腔外径110μm。

在最优参数下，折射率灵敏度为326.5nm/RIU，Q因子为3.236×10³，分辨率为6.12×10⁻⁵ RIU。

葡萄糖浓度灵敏度为0.085nm/mM，分辨率为0.23mM。

可行性分析：

初始模型参数设置下，透射谱符合WGM谐振特征，验证了设计的可行性。

液体折射率变化时，谐振波长发生偏移，二阶模的折射率灵敏度远高于一阶模。

参数对传感特性的影响：

楔角θ：θ=20°时折射率灵敏度最高，线性度好。

管壁厚度h：h减小，折射率灵敏度显著提高，但加工难度增加。

外径R0：R0增大，折射率灵敏度提升。

生物医学应用：

将优化后的传感器应用于葡萄糖浓度检测，表现出高灵敏度和高分辨率。

与其他微管腔折射率传感器相比，本文提出的传感器具有更高的折射率灵敏度。

结论与展望：

本文提出的基于WSF微管腔的折射率传感器具有结构简单、灵敏度高、鲁棒性强、机械强度高等优点。

该传感器为相关领域提供了一种全新的可行方案，具有重要的理论价值和潜在的应用前景。

对比与讨论：

与近年来类似结构的微管腔折射率传感器进行了详细对比，本文提出的传感器在灵敏度上有显著优势。

面临的挑战主要是WSF端面与微管腔之间的耦合效率相对较低，限制了Q因子的进一步提升。

这份文件通过理论分析和仿真验证，系统地研究了基于楔形光纤的微管腔折射率传感器的性能，为光纤传感领域提供了新的研究方向和思路。