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光子晶体光纤(PCF)又称为微结构光纤或多孔光纤,我们可以通过改变空气孔直径、空气孔间距、空气孔形状来改变其传输特性,从而制作满足实际需要的各种不同特性功能的器件,其中基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器在传感领域里占有十分重要的地位。正是因为光子晶体光纤设计自由度大和独特的物理特性以及导光优点,其在光纤通信、光纤传感等领域备受关注。而表面等离子体共振(SPR)传感技术在与人们生活密切相关的领域都有广泛的应用,如生物、化学、环境、医学等。本文以光子晶体光纤为研究对象,将光子晶体光纤与表面等离子体共振技术相结合应用于传感,提出了几种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器,利用全矢量有限元法对传感特性做了细致模拟和透彻的理论分析。本文的主要研究内容如下:1.文章首先对光子晶体光纤的概念和性质以及表面等离子体共振技术进行了简单的介绍,然后分析了近十年来基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感发展现状,接着提出本文的主要工作安排和创新点。2.介绍了基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感的基本理论和光子晶体光纤模拟的数值计算方法,并针对本文运用的全矢量有限元法和利用COMSOL Multiphysics软件的仿真分析过程着重描述。3.设计了一种PCF-SPR温度传感器,这个传感器使用的是新型的等离子体材料氮化钛,利用全矢量有限元法分析了该传感器的PCF结构参数及等离子体材料对传感特性的影响,通过结构优化最终得到传感器的温度灵敏度最高达到6.22nm/K,即在温度-19℃~-1℃范围内。4.设计了一种填充金线的双芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,仿真得出不同波长下传感器的纤芯有效折射率的虚部值,进而计算损耗,通过损耗谱得到表面等离子体共振峰所处波长及传感器的灵敏度。待测生物液体样本不同的折射率,传输损耗谱共振峰所处的波长不同。优点是:该传感器将表面等离子共振技术与光子晶体光纤结合,平均灵敏度为-1.13714um/RIU;待测液体样本的折射率范围为1.38~1.43;结构简单,易于操作,在传感范畴有很大的实用远景。5.设计了一种填充金线的单芯光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,采用全矢量有限元法,分析了光纤结构参数对传感特性的影响,研究了该光纤结构的x方向和y方向的模场分布及损耗谱。数值模拟分析表明:(1)平均灵敏度为-1.09143um/RIU;(2)待测液体样本的折射率范围为1.38~1.43;(3)在实际的应用中,可以根据实际的需求来选择参数的设置使其达到研究需要的性能指标。