引用本文：
姜如珊，张汇一，李青枫，等. 外涂层对SPR型光子晶体光纤折射率传感的影响研究[J]. 光通信技术，2021，45（11）：18-22.
姜如珊，张汇一，李青枫，施伟华*
（南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，南京210023）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：为了探究不同外涂层对传感性能的影响，提出一种基于表面等离子体共振（SPR）的光子晶体光纤（PCF）折射率传感结构，在光纤外表面镀有金属膜层。通过有限元方法比较了涂层材料分别为金、银、石墨烯和银+氧化锌时对传感性能的影响。数值研究表明：当结构参数相同时,在1.33~1.38折射率区间，涂层材料为石墨烯的传感结构的灵敏度较高，达7000 nm/RIU，涂层材料为金时灵敏度为5000 nm/RIU，涂层材料为银和银+氧化锌时灵敏度都为4000 nm/RIU；在灵敏度拟合线性度方面，各涂层都具有较高线性度，其中银涂层的线性度最高，为0.99112。
关键词：涂层；折射率传感；光子晶体光纤；灵敏度；线性度
中图分类号：TN29；O436 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2021）11-0018-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.11.004
0 引言
相比传统检测方法，表面等离子体共振（SPR）技术具有效率高、精度高和免标记等优势。而光子晶体光纤（PCF）具有不受电磁干扰、瞬态场可控和便于小型化等特点，因此基于SPR的PCF传感技术同时具有SPR和PCF的独特优势，在生物检测、药物分析、食品安全和环境监测等诸多领域内都具有广阔的应用前景。基于SPR的PCF传感技术的核心是光纤的纤芯模式和表面等离子体激元（SPP）模式之间的匹配，由于金属膜涂层[1-8]的介电常数影响SPP模式，因此探究不同类型的金属和涂层材料对SPR-PCF传感性能的影响规律具有重要的学术和应用价值。
基于此，本文应用COMSOL有限元软件在同一传感结构下比较了金[1-3]、银[3]、石墨烯[4]和银+氧化锌复合材料[5-8]4种涂层材料对SPR-PCF传感性能的影响。
4 结束语
本文研究了4种不同的涂层材料对PCF折射率传感的影响，发现在相同结构和参数下，涂层材料为石墨烯时的传感结构灵敏度最高，达7000 nm/RIU，比常用的金膜涂层结构的灵敏度提高了40%；同时，4种涂层结构的线性度虽然略有差异，但整体都较好。相对而言，银涂层虽然制备简单，但因为其易氧化的特性，需要考虑添加氧化层，在本文的数值计算中，添加氧化层并不会影响最终灵敏度。