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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

表面等离子体共振（surface plasmon resonance，spr）是一种用于表征表面折射系数改变的光学专业技术。当光射入两种不同折射率的介质分界面时，就会发生全反射并产生一种倏逝波同时激发表面自由电子，这就是表面等离子共振现象。如果入射光的频率和波数与金属表面激发的自由电子频率一致，那么表面等离子体的波长和倏逝波的波长相匹配，就会产生共振，导致入射光能量被金属表面等离子体spp吸收，接收回来的反射光能量在某一波段迅速减少，从而可以观察到明显的吸收峰。spr对分界处介质介电常数、折射率等参量敏感度极高，基于此原理，可以设计各种折射率传感器应用于传感领域。

表面等离子体共振（spr）技术是近现代光学的重大成果之一。由于spr对外界环境介质折射率的灵敏度较高，通常被用于设计各种折射率传感器。目前的光纤折射率传感器有多种类型如法布里-珀罗干涉仪、萨格纳克-干涉仪、单模-多模-单模光纤结构、布拉格光栅、太赫兹、d型光纤和光子晶体光纤pcf等。近年来，光子晶体光纤的微纳多孔结构与表面等离子体共振技术相结合为检测液体材料提供了新的传感技术载体和方法，开辟了液体材料传感研究的新领域。基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感器以其坚固耐磨、便携操作、高灵敏度和高分析度等优点被广泛应用于各种领域。

ph，即氢离子浓度指数，是表征溶液酸碱度的重要化学参数，能否对ph值实现精确测量在各种生物科学领域有着至关重要的影响。目前，传统测 ph值的方法一般为 ph试纸检测、ph玻璃电极检测、ph电位计检测，这些检测方法多用于溶液 ph值的测量，而面对生物的活体检测等方面，传统方法则不再适用。因此，在生理及医学方面检测活体ph值上，需要设计一个高灵敏度且体积轻小的检测器，光纤spr传感器正好可以满足需求。

2. 研究的基本内容

本文在前人研究的基础上，提出了一种基于反射式结构的光纤spr传感器，如图所示，在去除了包层的光纤纤芯上填镀金膜，并在其上包埋由高分子水凝胶构成的 ph值敏感膜，最后在光纤末端面镀上一层反射膜，实现折射率的变化表征ph值的变化，从而实现 ph值的测量。另外，通过时域有限差分法（fdtd），分析并仿真不同膜厚度、金膜表面粗糙度、环境折射率对实际光纤折射率传感器的影响，同时根据高分子ph敏感性水凝胶折射率和环境ph值变化的关系，最终得出适用于实际结构的光纤ph值传感器模型。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

（1）查阅参考文献了解表面等离子共振及光纤spr传感的基本原理和设计思路。

（2）了解高分子ph敏感性水凝胶的性质以及水凝胶折射率和ph值的对应关系。

4. 参考文献

[1]谢庆利. 基于侧抛光子晶体光纤的表面等离子体共振传感器特性研究[d].深圳大学,2017.

[2]冯李航. 光纤新型结构spr传感器开发及检测应用研究[d].南京航空航天大学,2012.

[3]魏勇,苏于东,刘春兰,张羽,刘志海,苑立波.微结构光纤spr传感器进展[j].应用科学学报,2018,36(05):723-747.