折射率传感器 基于lumerical fdtd模拟等离子共振吸收的折射率传感器

基于lumerical fdtd模拟等离子共振吸收的折射率传感器

关键词：FDTD；金纳米盘；表面等离子体；超材料；折射率传感

在表面等离子体激元学研究中，金属纳米粒子的光学特性是许多应用的基础，例如化学和生物医学传感、 表面增强光谱、和近场扫描光学显微镜。金或银纳米粒子中的电子与入射光场相互作用时产生局域表面等离子体共振 (LSPR)。这种 LSPR 现象强烈依赖于纳米结构的尺寸、形状和周围介电环境。特别是后者 的依赖性开辟了一条折射率传感的道路，对于一定的折射率变化，LSPR现象将导致较大的光谱偏移，从而可以检测介电环境微小的变化。在实际应用中，金属纳米结构的损失是不可避免的。 为了实现低损耗器件，人们通过优化结构几何形状和使用增益材料来降低损耗。超材料是共振金属纳米结构，其晶胞远小于光的工作波长，通过正确设计超材料中的电磁响应，可以实现完美的吸收。一般来说，在实际应用中，理想的吸收体对入射角和光的偏振不敏感。

我们的传感器方案提出了潜在的折射率传感器平台，其中局域表面等离子体共振传感基于简单的反射率测量，只需使用单波长光源就可完成。图 1 展示了吸收体传感器结构的几何形状。它由两个功能层组成：最上层是金纳米盘阵列，最下层是金镜，这两层由 MgF2 电介质隔开。该结构设计为在垂直入射时在 x 和 y 方向上与偏振无关。

图1 传感器结构

为了证明我们的吸收器用作LSPR传感器的可行性，图2a显示了空气（n=1）和水（n=1.312）的仿真反射光谱，周围介质折射率的变化会导致反射光谱谷的移动；图2b展示进一步研究LSPR折射率传感器的灵敏性，将折射率差值为0.01的不同溶液作为周围介质进行仿真，可以看出该器件具有高灵敏度。

图2 (a)传感器在水和空气中的反射率光谱；(b) 传感器的灵敏度仿真

由于金属纳米结构的表面等离子共振强烈依赖于结构的尺寸、形状和周围介电环境，因此我们对纳米结构的不同半径和高度进行仿真，以实现能够运用于不同波段的折射率检测（图3），因此也可以设置相应的结构大小满足我们想要的波长下的折射率传感和检测。

图3 (a)不同半径的Au纳米盘反射率光谱；(b) 不同高度的Au纳米盘反射率光谱

为了更好地理解等离子吸收的性质，我们模拟了谐振时的纵向截面电场分布，如图 4a 所示。 很明显，光波入射时，两层之间会产生局域电磁场的强烈增强。 因此，电磁场可以有效地限制在中间 MgF2 层中，导致光谱中出现明显的反射率下降。图 4b 显示了等离子共振波长下Au圆盘周围的电近场强度剖面（横向截面），可以看出Au圆盘边缘周围的电场强度显著增强。

图4 (a) xz截面的电场分布；(b) xy截面的电场分布

最后，有相关需求欢迎通过公众号“320科技工作室”与我们联络。

光纤折射率传感器在油水混合物浓度检测的设备中的应用

油中过多的水分将严重影响设备的润滑效果，必须将油中水分含量控制在尽可能低的程度。油中水分检测目的：

1.水分会促使油品乳化，降低油品度和油膜强度，使其效果变差。

2.水分会促使油品氧化变质，增加油泥，恶化油质。甚至加速有机酸对金属的腐蚀，例如使变压器油的绝缘性能下降。

3.水分会使油中添加剂发生水解反应而失效，产生淀堵塞油路，不能正常循提供油。

4.低温时，水分使润滑油流动性变差，粘温性能变坏;高温时，水分发生汽化，不仅破坏油膜，而且产生气阻，影响润滑油的循环。

油水混合物检测装置能够提升检测装置的灵敏度和检测精度,且能够兼顾油,水含量检测准确性,从而能够提升油水混合物检测装置的使用效果。FRI是一种光纤折射率传感器，为业内现有应用提供了更好更可靠的折射率测量，同时，该传感器也具备恶劣条件下持续在线监控流体折射率的新扩展能力。此类传感器是测量工业、化学和食品加工过程中流体折射率的理想产品。它们也常被用来测量油浓度比例。对于仪器行业的工程师而言，这种经现场验证的解决方案无疑是一种宝贵的资产。

工采网的一款加拿大FISO光纤折射率传感器- FRI基于冲液Fabry-Perot光学腔体的长度变化，以精确测定流体的折射率。冲液Fabry-Perot光学腔体的长度与流体样品的折射率呈正比。因此，采用白光干涉技术测量Fabry-Perot腔体长度，即可测定折射率。我们能够提供两种FRI光纤折射率传感器型号: FRI-BA 和FRI-NP。前者为小型迷你封装，后者为坚固的不锈钢封装，适合工业领域的应用。

此外，FRI传感器还可在不同的温度、EMI和其他条件变化的环境下正常工作。在任何涉及流体化学和流体质量控制的应用中，包括冷却系统，上述研发部门的工程师们可能需要通过在一段时间内，监控具体特性的性能来改善过程和产品技术。而在运行过程、制造过程或产品的整个生命周期，特定的产品性能变化将在折射率上表现出来。使用FRI折射率传感器，可在挑战恶劣环境中对目标展开全面的折射率分析。即使在恶劣的温度、EMI、湿度环境和多变的简易标定情况下，光纤信号调理器依然具备测量折射率的能力。

相关问答

传感器前端材质与空气之折射率差异很大,当光线由传感器内进入空气,入射角大于全反射临界角时,将发生全反射,光线可传递至接...一体机净水器水位传感器工作原...

光纤光栅是利用光纤中的光敏性聚成的所谓光纤,这种光敏性是指激光通过掺杂光纤时,在牵心内产生沿铅芯轴向的折射率,周期性变化,从而形成永久性空间的香味光纤...

利用光纤传感器实现温度测量的方法主要包括两个步骤:首先将光纤传感器固定在要测量温度的地方,然后通过控制光纤的光源和探测器,测量光纤传感器上的温度变化。...

NA是数2113值孔径,其实这个和透镜的数值孔径的意5261义差不4102多的。光纤NA的定义式纤芯折射率平方1653减去包层折射率平方的二次方根。数值孔径大...

[回答]手动防眩目后视镜下面一般会有一个小拨片。您可以通过向自己的方向推动拨片来打开防眩光功能。防眩目后视镜在一定程度上可以降低镜面的折射率,使后...

1、基本组成本系列的光纤传感器外观基本由以下几部分组成,从左到右依次为:(1)SET键,此按钮可用于敏感度设定。本传感器的基本原理为:通过光纤探头对...

是,光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的...

光纤光栅温度传感器可以说神通广大。首先我解释一下光纤光栅传感器的原理。光纤光栅这个名字有很强的迷惑性,在光纤中写入光栅的原理是,将激光的干涉条纹垂直...

[最佳回答]若待测物体的温度越小,则偏振光通过光纤后的旋光度越小,通过检偏器后光的强度就会越小.所以C正确,ABD错误.本题选错误的,故选:ABD.若待测物体的温...

具体来说,舜宇测试可能会涵盖以下几个方面:光学测试:对镜头、镜片、光学元件等光学产品的光学性能进行测试,如透过率、折射率、畸变、色散等。光电测试:对光...