基于内置纳米复合共振薄膜的契形光纤SPR效应激励机理及其敏感特性研究

光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器是分子生物、化学信息检测领域最重要的技术之一，如何拓展光纤SPR效应激励技术的适用范围，降低制作与测试系统成本，提高检测效率已成为国际相关研究领域的前沿课题。.鉴于此，本项目从新型共振薄膜的激励模型与制备、共振结构的激励优化与制作两方面入手，提出研究基于内置纳米复合共振薄膜结构的SPR效应激励机理及制备工艺。根据模式耦合理论，探索这种内置型复合薄膜属性对共振峰半波宽度、共振波长及分布式共振激励效应的影响特性。在此基础上，提出研究将契形反射端面作为激励面的新型光纤SPR共振模型机理及传感特性，探索能够准确描述契形端面角度与共振效应特性关系的理论模型。本项目成果不仅能为多通道分布式SPR检测技术实用化提供有益借鉴，而且也为进一步开展光纤SPR梳状滤波器与表面等离子体波显示技术的研究工作积累了理论和实践基础。

本项目研究主要从表面等离子体波共振薄膜的激励机理与制备、表面等离子体波共振结构的激励优化与制作这两个层次入手，探索SPR共振效应激励模型的新机制。根据申请书研究计划，项目完成主要工作如下：. 首先，在内置纳米复合薄膜的SPR效应激励模型研究方面，① 研究了基于内置调制层型、外置调制层型及复合共振薄膜结构的光纤SPR激励机理及特性仿真；② 研制了基于内置调制层结构的光纤SPR传感探针，其灵敏度达207.6nm/RIU，与常规三层结构光纤SPR传感器相比显著提高；③ 给出了内置纳米复合共振薄膜SPR传感探针制备工艺，设计出光纤柱面精密镀膜专用夹具和控制系统；④ 研究了基于内置调制层型的棱镜SPR共振效应激励机理及其特性仿真。. 其次，在契形端面光纤SPR激励模型及其传感机理研究方面，① 建立了基于光纤的契形端面结构SPR共振理论模型；② 提出采用双面抛磨法制备契型光纤SPR探针制作工艺；③ 研制出具有契形端面结构的类Kretschmann微棱镜型光纤SPR传感探针。在1.333-1.421折射率范围内，基于不同契型端面角度的光纤探针相对于常规光纤SPR传感器，其灵敏度显著提高；④ 研究了D型结构的光纤SPR共振激励模型及其敏感特性。. 再次，在表面等离子体波共振光谱信号处理与特征提取研究方面，① 构建了光纤SPR 传感系统噪声模型；② 分别研究了基于提升小波、软阈值小波包以及将EMD分解与LMS自适应滤波相结合的自适应滤波算法等三种SPR共振光谱数据降噪与特征提取方法。. 最后，在光纤SPR 共振传感器应用方面，① 研制了基于增覆PVA薄膜的新型光纤SPR湿敏传感传感器；② 研究建立了SPR光谱偏移与水溶液杂质离子浓度的关系曲线，构建了水质矿化度光纤检测系统；③ 提出了基于光纤SPR传感器共振光谱强度的液位监测方法；④ 研究了基于内调制层型光纤SPR激励模型的温度传感器。. 本项目研究工作发表的相关学术论文中SCI 收录7篇，EI收录13篇。申请发明专利1项，授权国家发明专利 4项。培养研究生7人，其中博士生2名，硕士生5名。项目研究成果不仅能够为促进我国光纤SPR传感技术走向实用并最终实现产业化积累理论基础，同时也为相关领域和产业发展培养了专业人才储备。