特种光纤生物传感器制作及应用研究

论文摘要

光纤传感器因其抗强电磁干扰,耐化学腐蚀,结构简单,灵敏度高等独特的优点,广泛应用于人体医学,城建监控,环境监测等方面,其中特种光纤具有更加优异的传感性能,D型光纤和光子晶体光纤是目前主要研究的两种特种光纤结构。D型光纤因其成本低廉、工艺简单、插入损耗可控等突出优势,使其广泛应用于制作各类全光纤器件。另外将传统光纤与光子晶体结合制作出的光子晶体光纤,因拥有无截止高双折射、单模传输、可调节色散等传统光纤不具备的优良特性,在光纤领域又掀起一股浪潮。在此背景下,本文设计了几种应用于生物传感领域的光纤传感器,并对其光学特性进行了深入的研究,主要研究的内容和成果如下:一、提出了一种以银-石墨烯层为敏感材料的D型光纤表面等离子体共振（SPR）传感器仿真模型。利用银可以提供比金更高的检测精度,D型结构有助于改善模式之间的相位匹配,并且通过在金属层下方沉积石墨烯可以增强电场并改善传感性能等特点,实现了一种超灵敏的SPR传感器。该传感器采用单模光纤作为研究材料,成本低可用于大量生产,在生物检测方面具有广泛的应用前景。二、自主搭建出光纤的轮式侧面抛磨装置,掌握了D型光纤的制作和封装方法;通过对D型光纤传感性能以及结构的设计,实现了一种高传感性能的D形光纤探针结构的倏逝场传感器,该结构大大提高了D型光纤传感器的灵敏度和线性度,另外通过研究该传感器对猪IgG的生物检测实验发现该传感器在生物检测方面具有很大的发展空间。三、提出了一种基于双芯光子晶体光纤的表面等离子共振（SPR）传感器。利用光子晶体光纤双芯微结构具有高信噪比,可以增强两耦合模式之间重叠区域等特点,再采用银芯仅填充右侧纤芯,可以避免多金属化通道的相互干扰等优势,实现了一种高灵敏度传感器。研究发现该传感器不仅具有高的折射率灵敏度而且具有高的振幅灵敏度,为生物检测得研究提供了更多分析方法;另外该传感器还具有一种反常的现象,并通过对比研究发现了产生该现象的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 光纤生物传感器的概述
•     1.1.1 D型光纤生物传感器
•     1.1.2 光子晶体光纤SPR生物传感器
•   1.2 光纤倏逝波和SPR产生机理
•     1.2.1 光纤中的倏逝场原理
•     1.2.2 表面等离子体共振原理
•   1.3 光纤传感器调制方法
•     1.3.1 光纤倏逝波传感器的调制方法
•     1.3.2 光纤SPR传感器的调制方法
•   1.4 光纤传感器的微加工方法
•     1.4.1 光纤侧面抛磨微加工方法
•     1.4.2 光纤飞秒激光微加工方法
•     1.4.3 光纤微结构中的固相材料集成方法
•   1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 光纤理论计算方法
•   2.1 光纤的波动方程
•   2.2 有限元法
• 第3章 基于D型光纤的SPR传感特性仿真研究
•   3.1 引言
•   3.2 D型光纤SPR传感仿真模型
•   3.3 D型光纤传感特性分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 D型光纤的制作与应用
•   4.1 引言
•   4.2 抛磨系统的设计与搭建
•   4.3 传感特性实验测量与分析
•     4.3.1 D型光纤探针传感特性分析
•     4.3.2 D型光纤无标生物检测
•   4.4 本章小结
• 第5章 基于双芯光子晶体光纤的侧芯SPR传感特性研究
•   5.1 引言
•   5.2 PCF-SPR传感模型
•   5.3 PCF-SPR传感特性分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 全文总结及工作展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁红勤

导师: 刘彬

关键词: 光子晶体光纤,形光纤,表面等离子体共振,倏逝场

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 南昌航空大学

分类号: TN253;TP212

总页数: 68

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