[发明专利]基于SPR的提高双折射及温度测量精度的方法及装置

说明书

本发明专利提供了基于SPR的提高双折射及温度测量精度的方法及装置，它包括填充温敏液体甲苯的小孔、金属金层、石墨烯孔、按规则排列的两层小空气孔和大空气孔、石英基底和完美匹配层；各个空气孔在石英基底上以填充温敏液体甲苯的小孔为中心规则排列；在石英基底外设置完美匹配层，在填充温敏液体甲苯的小孔外包覆金属金层。通过Comsol模拟仿真计算，当空气孔间距为2.4μm、填充温敏液体甲苯的小孔的直径为2.5μm、金属金层厚度为35nm、石墨烯孔和按规则排列的小空气孔的直径为1.2μm、按规则排列的大空气孔的直径为2.0μm、石英基底的折射率为1.45、工作波长为1150nm‑1350nm时，温度分辨率达到0.005291℃，平均温度灵敏度为‑6.93571nm/℃，双折射达到0.0384。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及基于SPR的提高双折射及温度测量精度的方法及装置。

背景技术

与传统光学器件相比，微结构光纤具有高双折射，超高非线性，极低的约束损耗，无休止的单模运算等优势。其中，光子晶体光纤(PCF)是最理想的微结构光纤。近年来，具有高双折射和非线性特性的PCF在通信和超连续介质应用中获得广泛的关注。由于PCF的制作工艺复杂，尺寸精度大等困难，无法实现大批量生产加工，只能通过仿真软件对其结构及性质进行研究。基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是一种物理光学现象，它由金属材料和电介质的交界面产生。因为共振波长的变化极为敏感，所以可以利用这种变化进行传感，从而使得SPR-PCF结合的传感性能更为良好，进而对基于SPR-PCF的提高温度测量精度的装置的研究具有很大的竞争力。

目前，SPR-PCF传感的相关研究方面，已有方形结构的设计被提出，但并不具有实用性且精度较低。因此，设计一种具有高精度且实用化的基于SPR的双折射及温度测量方法及装置就显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了基于SPR的提高双折射及温度测量精度的方法及装置，是为了改善现有双折射数值小、温度测量精度低及实用化等问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：

技术方案：基于SPR的提高双折射及温度测量精度的方法及装置，其特征在于：它包括填充温敏液体甲苯的小孔(1)、金属金层(2)、石墨烯孔(3)、第一层小空气孔(4)、第二层小空气孔(5)、第一层大空气孔(6)、第二层大空气孔(7)、石英基底(8)和完美匹配层(9)；

所述石英基底(8)上以填充温敏液体甲苯的小孔(1)为中心规则排列有石墨烯孔(3)和第一层小空气孔(4)，第二层小空气孔(5)，第一层大空气孔(6)和第二层大空气孔(7)，石墨烯孔(3)和第一层小空气孔(4)交叉排列，石墨烯孔(3)的直径、第一层小空气孔(4)的直径与第二层小空气孔(5)的直径相同，第一层大空气孔(6)的直径和第二层大空气孔(7)的直径相同；

所述石英基底(8)外设置完美匹配层(9)，在填充温敏液体甲苯的小孔(1)外包覆金属金层(2)；

所述填充温敏液体甲苯的小孔(1)和金属金层(2)构成传感通道，金属金层表面激发的等离子体模与基模在特定的波长范围内达到相位匹配，引发波谱中的一系列共振损耗峰；

所述石墨烯孔(3)环绕在填充温敏液体甲苯的小孔(1)的四周，以降低光能量在该装置内的额外损耗。

石墨烯孔(3)和第一层小空气孔(4)、第二层小空气孔(5)、第一层大空气孔(6)和第二层大空气孔(7)中，相邻气孔之间的距离为2.4μm-2.8μm。

填充温敏液体甲苯的小孔(1)的直径为2.5μm，金属金层(2)的厚度为25nm-45nm，石墨烯孔(3)、第一层小空气孔(4)和第二层小空气孔(5)的直径为1.2μm-1.5μm，第一层大空气孔(6)和第二层大空气孔(7)的直径为2.0μm-2.5μm，石英基底(8)的折射率为1.41-1.45。