引用本文:

熊明强,黄勇林,詹平,等. 双侧抛D型光子晶体光纤表面等离子体温度传感器[J]. 光通信技术,2023,47(2):23-27.

双侧抛D型光子晶体光纤表面等离子体温度传感器

熊明强,黄勇林*,詹 平

(南京邮电大学 电子与光学工程、柔性电子学院,南京 210023)

【下载PDF全文】 【下载Word】

摘要:为了降低传感器结构复杂度和提高传感器温度灵敏度,提出一种双侧抛D型、包层为正六边形和正八边形的光子晶体光纤表面等离子共振(SPR)温度传感器,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件分别研究了偏振方向、空气孔径、银膜厚度对传感器的性能影响,找出各项数据的最优值,并以此为基础对传感器的温度传感特性进行了分析。仿真结果表明:在x偏振方向模式下,当包层空气孔d1=1 ?滋m、d2=0.5 ?滋m,金属银膜厚度tAg=35 nm时,传感器的性能最优,在0~120 ℃时传感器的温度灵敏度最高可达-7.99 nm/℃。

关键词:光子晶体光纤;表面等离子体;有限元法;温度传感器

中图分类号:TN253 文献标志码:文章编号:1002-5561(2023)02-0023-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2023.02.005

0 引言

       表面等离子体共振(SPR)是一种发生在金属-电介质表面的物理现象,基于SPR的传感技术具有高灵敏度、高分辨的特点[1-2]。光子晶体光纤(PCF)自问世以来,由于其结构设计灵活、双折射高、损耗低等特性被广泛应用于温度、折射率等传感领域。近年来,科研人员将PCF和表面等离子体技术相结合,在不同的传感领域获得了良好的传感性能[2]。2019年,ZHAO L等人[3]提出一种D型全固态PCF-SPR,能同时对温度和折射率进行测量,测量温度范围为-3~15 ℃、最高灵敏度为4.22 nm/℃。2021年,魏方皓等人[4]提出了一种包层为正六边形的D型PCF-SPR双通道光纤传感器,在纤芯上下两侧各设一个待测物通道,当温度为-80~80 ℃时,温度灵敏度最高可达3 nm/℃;同年,王双双等人[5]提出一种包层为正十六边形的D型PCF-SPR,选取纤芯下方的一个空气孔注入待测物溶液作为温度传感通道,当温度为5~85 ℃时平均灵敏度为-3 nm/℃。然而,上述传感器存在结构复杂、制备工艺繁琐、纤芯泄露的光与金属表面接触面过小、传感器灵敏度不高等缺点。基于此,本文提出一种具有3个传感通道的双侧抛D型PCF-SPR温度传感器,研究不同结构参数下的最优结果。


3 结束语

       本文提出了一种双侧抛D型的PCF-SPR温度传感器,与其它结构传感器相比,该温度传感器具有结构简单、温度灵敏度较高、双折射特性较好等优点,在0~120 ℃时传感器的温度灵敏度最高可达-7.99 nm/℃,可以广泛应用于温度传感领域,有很高的研究价值。