新型光子晶体光纤传感器：结合表面等离子体共振与定向耦合

"该文提出了一种新型的光子晶体光纤传感器，利用表面等离子体共振和定向耦合原理，实现了宽范围的折射率检测。传感器由光子晶体光纤构成，其中一空气孔覆盖金纳米薄膜，用于检测低于石英基底折射率的液体；另一空气孔填充待测液体，用于检测高于石英基底折射率的物质。通过全矢量有限元法在各向异性完美匹配层下进行模拟，展示了在不同折射率范围内的高灵敏度性能。" 本文详细介绍了一种创新的光子晶体光纤传感器设计，该设计巧妙地结合了表面等离子体共振（SPR）和定向耦合的概念，以实现对折射率的宽范围检测。光子晶体光纤是一种具有周期性结构的光纤，其内部的空气孔布局使得光纤的光学性质能够被精确调控。在本设计中，光纤的两个空气孔起到了关键作用。 一个空气孔被金纳米薄膜覆盖，形成表面等离子体共振传感通道。当入射光与金属薄膜相互作用时，会激发表面等离子体共振，这种共振对周围介质的折射率变化极其敏感，因此可以用来检测折射率低于石英基底的液体。另一方面，另一个未覆膜的空气孔则被填充待测液体，形成了定向耦合器通道。这种耦合器能够对折射率高于石英基底的液体进行检测，因为它依赖于光纤内不同介质间的模式耦合。 通过全矢量有限元法（FEM）的数值模拟，并在各向异性完美匹配层（PML）的边界条件下，研究人员分析了传感器的性能。结果显示，该传感器在1.32至1.44的折射率范围内，灵敏度可高达13500 nm/RIU；而在1.46至1.52的折射率范围内，灵敏度甚至能达到28700 nm/RIU。RIU是折射率单位，这些数值表明了该传感器在宽折射率范围内具有极高的检测能力。 关键词包括“传感器”、“光子晶体光纤”、“表面等离子体共振”、“定向耦合”以及“折射率”。这些关键词揭示了研究的核心内容，即利用特定的物理现象来设计并优化光纤传感器，以提升其在光学传感领域的应用潜力。 该工作对于理解光子晶体光纤在传感应用中的潜力具有重要意义，尤其是在生物医学、环境监测和化学分析等领域，需要精确测量各种液体或气体的折射率。同时，它也为未来开发更高性能、更复杂的光纤传感器提供了理论和技术支持。