金纳米粒子增强表面等离子体共振传感

为探究提高传感灵敏度的物理机制,提出一种金纳米粒子增强表面等离子体共振的D形光子晶体光纤传感结构,在抛磨面涂覆金膜,并在金膜表面修饰金纳米粒子。金纳米粒子的自由电荷与金属膜中的感应电荷相互作用提高了表面等离子体共振强度及其灵敏度。利用有限元法结合各向异性完美匹配层,数值研究结构参数对传感性能的影响。当金纳米粒子直径为12 nm、金纳米粒子相对间距为粒子直径3.2倍、金膜厚度为45 nm、纤芯到抛磨面的距离为3.0μm、空气孔间距为2.0μm、外层大空气孔直径为孔间距的3/4,以及内层小空气孔直径为大空气孔直径的4/5时:在1.370~1.385折射率范围内,折射率灵敏度为6240 nm/RIU,线性度为0.97;在1.385~1.400折射率范围内,折射率灵敏度为13640 nm/RIU,线性度为0.99;在1.370~1.400折射率范围内,平均灵敏度为9940 nm/RIU,是未修饰金纳米粒子时的1.27倍。所提传感机制及结构在生物分子检测等领域具有研究和应用价值。

基于二维光子晶体的电磁双参量传感的研究

提出一种基于二维光子晶体的镜像边腔耦合型电压和磁场强度双参量传感结构。在完整的光子晶体中通过空气孔的平移和尺寸改变引入缺陷,分别形成H0腔和改进的H1腔这两种光子晶体微腔;将H0腔和改进的H1腔分别与W1波导进行边腔耦合,并沿W1波导做镜像对称结构;在微腔中分别填充液晶和磁流体作为敏感材料,利用液晶的电光效应和磁流体的磁光效应形成电压和磁场强度的传感区域。由于光子晶体的光子局域特性,上述镜像边腔耦合结构的透射谱中形成两个相对独立的透射峰,通过测量两个透射峰的波长偏移量间接测量电压和磁场强度的变化。利用时域有限差分法,在各向异性的完美匹配层边界条件下对传感特性进行数值研究。结果表明:在电压范围分别为14~32 V和32~50 V时,电压灵敏度分别为0.65 nm/V和1.86 nm/V;折射率灵敏度和品质因子在14~50 V的电压范围分别为296 nm/RIU和3350,在10~40 mT的磁场强度范围分别为251 nm/RIU和2722,且磁场强度灵敏度为13.06 nm/mT。