[发明专利]一种表面附着金纳米颗粒的U型光纤模型的模拟方法和模型

权利要求书

1.一种表面附着金纳米颗粒的U型光纤模型的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

参考实际实验数据，利用COMSOL软件的几何光学模块建立裸U型光纤模型，再利用波动光学模块模拟单个金纳米颗粒的LSPR效应后扩展到裸U型光纤模型的探针表面；所述裸U型光纤模型包括纤芯和部分包覆所述纤芯的包层，未包覆部分的纤芯为U型探针，所述金纳米颗粒以单金纳米颗粒层的方式等效添加于探针表面；

根据光在探针部分的折反射次数、几何光学模块等效出来的折反射过程的透射率、波动光学模块等效出来的金纳米颗粒的吸收率，提出等效计算公式；

所述参考实际实验数据，利用COMSOL软件的几何光学模块建立裸U型光纤模型，包括：

根据实际实验数据，利用COMSOL软件的几何光学模块设置裸U型光纤模型的参数，包括纤芯芯径、包层厚度、芯径折射率n1、包层折射率n2，得到裸U型光纤在不同弯曲直径下透射率的变化情况；

计算多种弯曲直径的裸U型光纤在不同溶液折射率下的吸光度曲线，得到对应的折射率灵敏度值，并与实际实验数据进行验证；

所述利用波动光学模块模拟单个金纳米颗粒的LSPR效应后扩展到裸U型光纤模型的探针表面，包括：

利用COMSOL软件的波动光学模块模拟单个金纳米颗粒的LSPR效应，包括设置金纳米颗粒的大小以及环境变量参数后进行模拟，得到共振吸收峰；当实际实验数据中的金纳米颗粒的共振吸收峰与模型的共振吸收峰符合比较要求时，将所有金纳米颗粒的贡献相加，将之等效为单层金纳米颗粒扩展到整个模型的探针表面；

根据光在探针部分的折反射次数、几何光学模块等效出来的折反射过程的透射率、波动光学模块等效出来的金纳米颗粒的吸收率，提出等效计算公式，包括：

光在探针部分的总折反射次数n；几何光学模块等效出来的n次折反射过程的透射率β_n，即n次反射光强与入射光强的比值；波动光学模块等效出来的金纳米颗粒的吸收率α；设入射光强为I₀，则探针部分第一次折射后在纤芯中的残余光强I₁可以写成：

I₁＝I₀(1-α)β₁ (2)

其中，当α为零时，I₁是由几何光学的菲涅尔公式计算出的光强；当探针经过n次反射传播后的输出光强为：

I_n＝I₀(1-α)ⁿβ_nβ_n-1……β₁ (3)

当加入金纳米颗粒后，输出光强不仅受全反射条件的影响，还受LSPR效应的吸收率和探头的局部反射次数的影响；而整个探头部分的折反射过程总透射率可写成：

β＝β_nβ_n-1……β₁ (4)

在这里，参数β被定义为仅与探针几何形状有关的探针几何校正系数，即几何光学模型中的透射率。

2.根据权利要求1所述的一种表面附着金纳米颗粒的U型光纤模型的模拟方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：

利用两种不同纤芯尺寸的U型光纤实验数据与该模型的计算结果对比，验证等效计算公式的合理性。

3.根据权利要求1所述的一种表面附着金纳米颗粒的U型光纤模型的模拟方法，其特征在于：所述裸U型光纤模型替换为其他尺寸纤芯、其他弯曲直径探头以及其他形状探头的光纤模型，所述金纳米颗粒替换为其他尺寸金纳米颗粒、其他贵金属纳米颗粒，所述溶液折射率替换为其他溶液折射率。

4.一种表面附着金纳米颗粒的U型光纤模型，其特征在于：由权利要求1～3中所述方法得到。