光纤表面等离子体波传感器的理论研究-东南大学学报.PDF

第３４卷第５期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ３４ Ｎｏ５ 　 ２００４年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｓｅｐｔ．２００４ 　　　　　　 光纤表面等离子体波传感器的理论研究 曹振新　 吴乐南　王　兴　戴　戈 （东南大学无线电工程系，南京２１００９６） 摘要：利用光纤表面等离子体共振（ＳＰＲ）技术设计了光纤表面等离子体波传感器．该传感器与 传统棱镜ＳＰＲ传感器相比有很多优点．由于引入了光纤结构，ＳＰＲ传感器的计算变得相当复杂． 此前，由于不能准确计算，其设计主要依赖于经验，从而严重影响了所设计的传感器的性能．根据 光纤ＳＰＲ传感器的特点，在一定条件下把斜线作为子午线来处理，推导了光纤ＳＰＲ传感器中总 反射系数的计算公式，实现了对光纤ＳＰＲ传感器的理论计算过程，同时与实验结果进行了对比， 结果表明理论计算结果与实验相吻合，从而为系统地分析光纤ＳＰＲ传感器的性能提供了一个有 效的手段，并且为实际设计光纤ＳＰＲ传感器提供了理论依据． 关键词：物理光学；光纤传感器；表面等离子体波共振 中图分类号：ＴＰ２１２１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２００４）０５０５８２０３ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｓ ＣａｏＺｈｅｎｘｉｎ　 ＷｕＬｅｎａｎ　 ＷａｎｇＸｉｎｇ　 ＤａｉＧｅ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＲａｄｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＳＰＲ）ｓｅｎｓｏｒｓｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＳＰＲｔｅｃｈ ｎｉｑｕｅ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｒｉｓｍＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｔｈｅｏ ｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｓｐｅｃｉａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｕｓ，ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｉｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅ ｐｏｏｒ．ＦｏｒｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓ，ｔｈｅｓｋｅｗｒａｙｐｒｏｐａｇａｔｅｄａｌｏｎｇｗｉｔｈｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒｃｏｒｅｃａｎｂｅｖｉｅｗｅｄ ａｓｍｅｒｉｄｉａｎｌｉｎｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓ．Ｃｏｎｓｅ ｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｏｔａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓｉｓｄｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌ ｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｏｒｙｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｉｓ ｗｅｌｌｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ．Ｔｈｅｗｏｒｋｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳＰＲｓｅｎｓｏｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｙｓｉｃａｌｏｐｔｉｃｓ；ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｓ；ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅ ［１］ 　　表面等离子体波共振技术 的研究始于２０世 Ｆｒｅｓｎｅｌ公式就可以计算，而对于光纤 ＳＰＲ传感器 纪６０年代，至今已有长