摘要(Abstract)：
将表面等离子体技术与光纤传感技术相结合,提出并仿真验证一种具有高灵敏度的D型基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器;在光纤的抛磨表面外侧沉积金属纳米条,甲烷敏感材料涂覆于光纤抛磨表面外侧与金属外表面,利用D型结构使甲烷敏感材料与甲烷气体充分反应;通过有限元矢量软件COMSOL进行模拟仿真,比较传统金属层与金属条之间的传感性能差异。结果表明,当入射波长由0.9 μm增加到1.1 μm,并且甲烷气体体积分数测量区间为0～3%时,该传感器的平均光谱灵敏度为10 nm。
关键词(KeyWords)： 光子晶体光纤;气体传感器;表面等离子体共振;甲烷
基金项目(Foundation): 国家重点研发计划项目(2017YFF0205500)
作者(Author): 魏方皓,张祥军,唐守锋
DOI: 10.13349/j.cnki.jdxbn.20200713.001
参考文献(References)：
[1] 刘统玉,王兆伟,李振,等.光纤传感技术在煤矿瓦斯、 火灾隐患监测预警中的应用研究进展[J].山东科学,2019,32(5):110-117.
[2] 卢志斌,陈鹤鸣.一种双层膜涂覆的光子晶体光纤折射率传感器[J].光通信研究,2019(3):31-36.
[3] 王猛.光子晶体光纤SPR气体传感机理及关键技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2019.
[4] 郭岩宝,刘承诚,王德国,等.甲烷传感器气敏材料的研究现状与进展[J].科学通报,2019,64(14):1456-1470.
[5] 李佳欢,裴丽,王建帅,等.基于光子晶体光纤表面等离子体共振的温度和磁场双参量传感器[J].中国激光,2019,46(2):251-258.
[6] 周剑心,刘帅,魏来.一种新型光子晶体光纤传感器的设计及其检测液体浓度的理论研究[J].激光杂志,2018,39(4):68-72.
[7] RITARI T,NIEMI T,LUDVIGSEN H,et al.Polarization-mode dispersion of large mode-area photonic crystal fibers[J].Optics Communications,2003,226(1):233-239.
[8] WANG M T,LU Y,HAO C J,et al.Refractive index sensor based on photonic crystal fiber coated with silver film[J].Applied Mechanics and Materials,2014,590:634-638.
[9] 陆志峰,王晓荣,蒋书波,等.基于HC-PCF 的增强拉曼气体检测方法[J].仪表技术与传感器,2015(4):100-103.
[10] 孙超,丁建军,章盛.基于光纤传感器的甲烷气体浓度信号采集方法[J].江汉大学学报(自然科学版),2017,45(5):439-443.
[11] YANG J C,CHE X,SHEN R,et al.High-sensitivity photonic crystal fiber long-period grating methane sensor with cryptophane-A-6Me absorbed on a PAA-CNTs/PAH nanofilm[J].Optics Express,2017,25(17):20258-20267.
[12] YANG J C,ZHOU L,CHE X,et al.Photonic crystal fiber methane sensor based on modal interference with an ultraviolet curable fluoro-siloxane nano-film incorporating cryptophane A[J].Sensors and Actuators:B:Chemical,2016,235:717-722.
[13] GASIOR K,MARTYNKIEN T,WOJCIK G,et al.D-shape polymer optical fibres for surface plasmon resonance sensing[J].Opto-Electronics Review,2017,25(1):1-5.
[14] JABIN M A,TANMAY M Z Z,KHAN F U,et al.Numerical demonstration of hexagonal-shaped dual-core-based photonic crystal fiber for a wide telecommunication window[J].Journal of Computational Electronics,2019,18(4):1455-1468.
