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1、2010年第29卷第5期傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)47影響光纖SPR傳感器性能的幾個因素孟慶民(臨沂師范學(xué)院信息學(xué)院，山東臨沂276000)摘要：要設(shè)計最佳性能的光纖表面等離子體波共振(SPR)傳感器，必須研究各種參數(shù)對傳感器性能的影響，根據(jù)給出的評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化。由于所有參數(shù)統(tǒng)一優(yōu)化存在困難，同時也沒有必要，因此參數(shù)的優(yōu)化可以在特定條件下進(jìn)行。在給出理論公式的基礎(chǔ)上，利用設(shè)計的SPR傳感器對影響性能的各參數(shù)進(jìn)行了理論計算，并對結(jié)果進(jìn)行了比較和分析，為光纖SPR傳感系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了參考，并給出了設(shè)計建議。關(guān)鍵詞：物
2、理光學(xué)；表面等離子體共振；光纖傳感器；折射率；共振強度中圖分類號：TP212．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-9787(2010)05--0047-03Influencingfactors0fopticalfiberSPR．SenS0roert^ormanceMENGQing·min(CoHegeofInformation，LinyiNormalUniversity，Linyi276000，China)Abstract：TodesignfiberSPRsensorwithoptimalperformance：theinfluenceofallparametersonperfor
3、manceofthesensorshouldbestudied，optimizationCanberealizedaccordingtoestimationstandard．Itisverydificultandunnecessarytooptimizeallparameters，SOparameteroptimizationCanbecarriedoutinparticularcondition．Onthebasisofgivingacademicformula．Allparameterswhichinfluencecharacteristicsistheoreticcalcul
4、atedusingtheSPRsensor．Optimalsuggestionisprovidebycomparingandanalyzingtheexperimentresults．Keywords：physicaloptics；surfaceplasmonresonance(SPR)；opticalfibersensor；refractiveindex；resonanceintensity0引言生一定的影響。自1968年OttoA等人首先設(shè)計了棱鏡耦合的表面本文首先建立光纖SPR傳感器的理論模型和理論計等離子體波共振(surfaceplasmonresonance，SPR)傳感
5、器之算公式，然后，利用這些參數(shù)進(jìn)行理論計算，并對結(jié)果進(jìn)行后，出現(xiàn)了多種基于SPR效應(yīng)的傳感器J。其中，在上世分析比較，從而為優(yōu)化光纖SPR傳感器性能提供依據(jù)。紀(jì)90年代初出現(xiàn)的基于SPR技術(shù)的光纖傳感器，同1相關(guān)理論棱鏡傳感器相比，它體積小，響應(yīng)快，成本低，可以實現(xiàn)在線本文所設(shè)計的光纖SPR傳感器由光纖纖芯、黏結(jié)層、實時檢測，有著更大的研究前景和經(jīng)濟(jì)價值。金屬層(常用的為Au和Ag)組成，圖1為結(jié)構(gòu)示意圖。在光纖SPR傳感器中，最為重要的結(jié)構(gòu)就是光纖SPR^g膜傳感探頭。通常，光纖SPR傳感器中采用的光源帶寬是確定的，因而波長不可調(diào)節(jié)；而入射角范圍由光纖的數(shù)值孔徑?jīng)Q定，一旦傳感器設(shè)
6、計好，入射角范圍也隨之確定，也不可圖1光纖SPR傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計圖調(diào)節(jié)；另外，在一定的溫度下，傳感器中各個構(gòu)件的色散特Fig1StructurediagramofopticalfiberSPRsensor性是一定的，不可調(diào)節(jié)；但對于被測對象，通常假定其折射以子午光線在光纖中的傳輸和對表面等離子體共振的率無色散。盡管這些參數(shù)變?yōu)榇_定的，然而，光纖SPR傳作用為例，給出光纖SPR傳感器中相應(yīng)的理論計算公感探頭卻帶來了其他各種參數(shù)，并且，對傳感系統(tǒng)的性能產(chǎn)式。收稿日期：2009-10-07{基金項目：山東省自然科學(xué)基金資助項目(Y2OO8EO1)48傳感器與微系統(tǒng)第29卷Ⅳ(z，d，)=2
7、1(1)干擾性能有所提升。，(A，，l2，，l3，d，d1，，f)古帆，()，(2)式中Ⅳ(f，d，0)為光線在傳感器中的反射次數(shù)；0；為光纖內(nèi)反射角；A為入射光波長；f為被測介質(zhì)溫度；no，n，n2，波長／run為分別為纖芯、黏結(jié)層、金屬層和被測介質(zhì)的折射率；d，d，圈3Au膜和Ag膜光纖SPR傳感器中不同光纖直徑對應(yīng)的d分別為纖芯直徑、黏結(jié)層和金屬層的厚度；2為探頭長度；光譜曲線為模數(shù)；為入射角；，()為傳播模式分布密度函數(shù)，且Fig3spectrumcurveo
