内容发布更新时间 : 2024/5/3 22:43:51星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

什么是光纤?

光纤是光导纤维的简称，是由一组光导纤维组成的用于传播光束的，细小而柔韧的传输介质。它是用石英玻璃或者特制塑料拉成的柔软细丝，直径在几个μm（光波波长的几倍）到120μm。就象水流过管子一样，光能沿着这种细丝在内部传输。光纤的构造一般由3个部分组成：涂覆层，包层，纤芯，如图：

光纤内部一共有两种光折射率，纤芯的折射率为n1，包层的折射率为n2，由于所掺的杂质不同，使包层的折射率略低于纤芯的折射率，即n2

光纤的类型最常见的划分方式是将光纤分为单模光纤和多模光纤。光纤中光线通过的部分被称为光纤的纤芯，并不是任何角度的光都能进入纤芯的，要进入纤芯，光线的入射角必须在光纤的数值孔径范围内。一旦光纤进入了纤芯，其在纤芯中可以使用的光路数也是有限的，这些光路被称为模式。如果光纤的纤芯很大，光线穿越光纤时可以使用的路径很多，光纤就称为多模光纤。如果光纤的纤芯很小，光线穿越光纤时只允许光线沿一条路径通过，这类光纤就称为单模光纤。

1.单模光纤

所谓单模光纤(Single Mode Fiber)，就是指在给定的工作波长上只能传输一种模态，即只能传输主模态，其内芯很小，约8--10μm。由于只能传输一种模态，就可以完全避免模态色散，使得传输频带很宽，传输容量很大。这种光纤适用于大容量，长距离的光纤通信。它是未来光纤通信和光波技术发展的必然趋势：

2.多模光纤

所谓多模光纤（Multi Mode Fiber）就是就是指在给定的工作波长上，能以多个模态同时传输的光纤，多模光纤能承载成百上千种的模态。由于不同的传输模式具有不同传输速度和相位，因此在长距离的传输之后会产生延时，导致光脉冲变宽，这种现象就是光纤的模间色散（或模态色散）。由于多模光纤具有模间色散的特性，使得多模光纤的带宽变窄,降低其传输的容量，因此仅适用于较小容量的光纤通信：

光子晶体光纤表面等离子体传感器

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)与传统光纤相比，具有很多新颖的特性，使得它在光纤传感、光纤通信、光纤器件等研究领域发挥着不可磨灭的作用。尤其在光纤传感领域，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器是将这种新型光纤与可以完成高灵敏度探测的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)传感技术有机结合起来的产物。

光子晶体光纤(PCF)也称为微结构光纤或者多孔光纤,它是基于光子晶体的概念产生的。光子晶体最根本的特征是具有光子带隙（Photonic Band Gap, PBG）结构，频率落在PBG 中的光将禁止在这种材料中传播，光子晶体对光子完美控制。光子晶体光纤通常是由石英和空气孔组成，空气孔沿光纤轴向呈现严格的周期性排列，从而形成二维光子晶体结构，具有 PBG 效应。通过在二维光子晶体结构中引入一个线缺陷，形成不完全的 PBG 结构，光子晶体光纤就是利用这种不完全的PBG 结构导光的，一定频率范围内的光束缚在缺陷内传播，这种基于 PBG 效应导光的光子晶体光纤又可以称为光子带隙型光子晶体光纤（PBG-PCF）。光子晶体光纤可以进行微结构设计，它的空气孔径、空气孔间距、空气孔形状、空气孔排布等这些参量的变化都会影响光子晶体光纤的传感特性。

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种显著的物理光学现象。当特定的电磁波照射在金属表面时，它会与金属表面的自由电子发生相互作用，此时电磁波的能量被吸收，从而引发 SPR 现象。

光子晶体光纤 SPR 传感器是指将一层金属纳米薄膜镀在这种新型光子晶体光纤的空气孔内表面上，当特定的电磁波与金属表面的自由电子相互作用时，就会激发 SPR，而在镀有金属纳米薄膜的空气孔中填充待测样品，当待测样品的折射率发生变化，这种变化会对传输光特性产生一定的影响，对这种影响进行分析，从而可以获得待测样品的信息。

对传感器的研究内容：传感模型的结构和传感特性的分析方法

1，光子晶体光纤表面等离子体共振传感器的分析方法：损耗谱分析法、双折射分析法 2，光子晶体光纤的数值计算方法：有效折射率法、有限差分法、平面波法、多极法、有限元法。其中有限元法是运用最广泛的方法。

本文提出并研究了基于光子晶体光纤（PCF）的表面等离子体共振（SPR）传感器。通过调整光子晶体光纤的气孔尺寸，可以有效地调整芯导模的有效折射率（RI），并且传感器具有强的双折射特性。第二层包覆石墨烯银双金属层的替代孔用作分析通道，可以避免相邻干扰，提高信噪比。石墨烯的优良特性不仅解决了银的氧化问题，而且增加了分子的吸附能力。我们从理论上分析了光子晶体光纤的空气孔的大小，石墨层和银层厚度对传感器性能的影响，采用波长和振幅进