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基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器
基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器
摘要：
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)技术是一种基于光电效应的传感技术，在生物医药领域、环境监测领域等起到了重要作用。然而，传统的SPR传感器在实时监测过程中存在一些局限性。本论文提出一种基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器，该传感器具备高灵敏度、实时监测等优势，适用于多领域的传感应用。在论文中，我们介绍了SPR技术的原理及其应用，详细阐述了调频光谱原理在线式表面等离子体共振光纤传感器的结构和工作原理，并进行了性能测试和实验验证。
关键词：表面等离子体共振；传感器；调频光谱；光纤
1.引言
表面等离子体共振技术是一种基于光电效应的传感技术，能够实时监测生物分子、化学分子等在金属薄膜表面的吸附和反应过程。传统的SPR传感器采用介质隔离式结构，仅适用于离线检测。为了实现在线监测，我们提出了一种基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器。
2.调频光谱原理在线式表面等离子体共振光纤传感器的结构和工作原理
传统的SPR传感器中，金属薄膜通过折射率匹配涂覆在凹槽表面，形成共振条件。然而，由于SPR强烈依赖于入射光的角度，所以在实时监测过程中非常不稳定。针对这个问题，我们提出了调频光谱原理在线式表面等离子体共振光纤传感器的结构。
传感器主要由两部分组成：SPR光纤探头和光学光谱仪。SPR光纤探头包括一个光纤传感器头和一个金属膜，光纤传感器头上包覆着金属膜，金属膜表面与样品接触，实现了SPR效应。通过光纤将被测物质信号传送至光学仪器，进行数据采集。光学光谱仪用于分析传感器头输出的光信号，实时监测样品的变化。
传感器的工作原理是：通过调频技术将光源的波长扫过一定范围，观察光谱图的变化，当光源波长与SPR现象发生时，产生明显的吸收谷，即传感器输出最低信号。不断重复这个过程，可以实时监测样品反应过程、检测样品浓度，提高传感器的稳定性和灵敏度。
3.性能测试和实验验证
我们对该传感器的性能进行了测试和实验证明了其良好的灵敏度和实时监测能力。首先，将该光纤传感器头与带有特定浓度的目标物一起浸入实验仪器中，通过光学光谱仪采集数据，并对光谱进行分析。实验结果表明，当目标物浓度发生变化时，传感器的输出光谱图也会相应改变，从而实现了实时监测。
进一步的实验证明了该传感器具备较高的灵敏度。我们使用高浓度的目标物溶液进行检测，并浓度逐渐稀释，通过分析传感器输出的光谱图，确定检测灵敏度。实验结果表明，传感器对目标物质的浓度起到了极高的响应，能够实现对较低浓度目标物的检测。
4.结论
本论文介绍了一种基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器。该传感器具备高灵敏度、实时监测等优势，可以应用于多领域的传感应用。在性能测试和实验验证中，我们验证了该传感器的良好性能和优势。未来，我们将进一步优化传感器的设计和性能，以更好地满足实际应用需求。