本文主要探讨了光子晶体光纤表面等离子体共振（PCF-SPR）传感器的设计、优化及其性能分析。以下是对文件核心内容的总结：

1. 研究背景与动机：

• PCF-SPR传感器：因其高灵敏度、抗电磁干扰等特性，在折射率检测领域受到广泛研究。

• 现有问题：多种结构提升传感性能，但制备工艺复杂、成本高、传输损耗大或检测范围受限。

• 研究目的：设计一种基于Ag-Ta₂O₅双侧抛磨U型PCF-SPR传感器，解决现有问题，降低成本，提高灵敏度。

2. 传感器设计与基本理论：

• 结构设计：通过常规抛磨工艺构建U型槽，槽内涂覆纳米Ag层与Ta₂O₅保护层，增强纤芯模式与等离子体模式耦合。

• 材料选择：Ag具有低成本和高共振吸收系数，Ta₂O₅具有高热稳定性和化学稳定性，保护Ag膜并提升灵敏度。

• 理论模型：采用有限元法进行数值仿真，定义波长灵敏度、振幅灵敏度和分辨率评估传感器性能。

3. 结构参数优化：

• 气孔间距Λ：优化为1.8 μm，实现波长灵敏度10,000 nm/RIU，振幅灵敏度736.86 RIU⁻¹。

• 大圆孔直径d₁：优化为1.40 μm，平衡波长灵敏度和光谱分辨率。

• 小圆孔直径d₂：优化为0.90 μm，提高波长和振幅灵敏度。

• 抛磨深度L：优化为0.20 μm，增强纤芯模式与表面等离子体模式耦合效率。

• Ag层厚度t₁：优化为30 nm，平衡表面等离子体共振效应和倏逝场能量传输效率。

• Ta₂O₅层厚度t₂：优化为20 nm，防止Ag氧化，同时保持高折射率调制效率。

4. 性能评估与对比：

• 检测范围：1.16~1.36 RIU，呈现明显共振峰偏移。

• 灵敏度：最大波长灵敏度达25,500 nm/RIU，最大振幅灵敏度达736.86 RIU⁻¹。

• 分辨率：理论分辨率达3.92×10⁻⁶ RIU。

• 线性响应：在1.16~1.23区间呈高度线性关系，决定系数R²=0.9999。

• 性能对比：综合性能优于多数同类传感器，实现高灵敏度和宽检测范围。

5. 制备工艺优势：

• 工艺流程简单：常规光纤抛磨机双侧抛磨，无需高精密设备辅助二次加工。

• 设备成本低：相比化学蚀刻、飞秒激光加工等方法，成本更低。

• 可重复性高：工艺稳定，适合大规模生产。

6. 应用前景：

• 生物分子相互作用分析：高灵敏度检测生物分子浓度变化。

• 化学试剂浓度监测：实时监测化学试剂浓度，确保生产安全。

• 环境污染物检测：快速检测环境中的污染物，保护生态环境。

论文通过系统优化传感器结构参数，提出了一种兼具高灵敏度、宽检测范围与低成本制备优势的PCF-SPR传感器，为折射率敏感型应用场景提供了新的解决方案。