微纳光纤制备与传感技术应用

目录 前言 1 微纳光纤技术概况 1 1.1 什么是微纳光纤？ 1 1.1.1 微纳光纤的提出与发展 2 1.1.2 微纳光纤及倏逝场的定义 2 1.2 微纳光纤的典型特点及应用 3 1.2.1 量子光场束缚及光镊技术 4 1.2.2 微纳光纤的柔韧性及复合微型器件研制 5 1.2.3 低光学耦合损耗及传感应用 6 1.2.4 新型集成化二维全光器件开发 7 1.2.5 非线性光学新理论及近场光学调控新方法 7 1.3 微纳光纤的典型制作方法 7 1.3.1 SiO2微纳光纤的制作 8 1.3.2 聚合物微纳光纤的制作 11 1.4 微纳光纤的操控及熔接技术 16 1.4.1 微纳光纤微纳操作系统搭建 16 1.4.2 微纳光纤与普通 SMF的熔接 18 1.5 本书主要内容 21参考文献 21 2 微纳光纤的光学特性 24 2.1 概述 24 2.2 微纳光纤与倏逝波 24 2.2.1 典型光波导内的光信号传输 24 2.2.2 倏逝波定义及光纤表面倏逝波特点 26 2.2.3 微纳光纤倏逝场理论 27 2.2.4 微纳光纤间的倏逝波耦合 33 2.3 微纳光纤光学仿真分析 35 2.3.1 单根微纳光纤内的倏逝场 35 2.3.2 微纳光纤波导耦合效率分析 37 2.4 典型微纳光纤结构 44 2.4.1 微纳光纤端面出射光场 44 2.4.2 双锥形微纳光纤 47 2.4.3 微纳光纤谐振器 52 2.5 本章小结59 参考文献 60 3 柔性微纳光纤及生化传感应用 62 3.1 概述 62 3.2 聚合物微纳光纤传感器 64 3.2.1 物理拉伸技术 64 3.2.2 静电纺丝法 65 3.2.3 其他方法 67 3.2.4 比较和分析 69 3.3 激光染料 71 3.4 金属氧化物微纳光纤传感器 73 3.5 半导体微纳光纤传感器 78 3.6 芯片集成微纳光纤传感器 82 3.7 本章小结 86参考文献 87 4 微纳光纤谐振器的制备及应用 93 4.1 概述 93 4.2 微纳光纤谐振器的分类及制备 94 4.2.1 微纳光纤谐振器的分类 94 4.2.2 微纳光纤谐振器的制备 96 4.3 微纳光纤谐振器的传感应用 100 4.3.1 MRR 100 4.3.2 MCR 104 4.3.3 MKR 108 4.4 本章小结 119参考文献 120 5 金属纳米粒子修饰微纳光纤传感器 125 5.1 概述 125 5.2 SPR光纤传感器技术发展现状 125 5.3 典型光纤结构及传感探头制作方法 127 5.4 光纤LSPR折射率传感器 131 5.5 光纤LSPR化学传感器 134 5.5.1 化学分子 134 5.5.2 重金属离子 136 5.5.3 气体浓度 138 5.6 光纤LSPR生物传感器 140 5.6.1 典型光纤结构和特性 140 5.6.2 金属纳米粒子作用及优化方法 143 5.7 纳米粒子掺杂聚合物微纳光纤器件 145 5.8 本章小结 149参考文献 150 6 微结构光纤气体传感器 160 6.1 概述 160 6.2 空芯微结构光纤气体传感器 162 6.2.1 干涉型传感器 162 6.2.2 吸收型传感器 170 6.3 PCF激光光谱气体检测技术 178 6.3.1 PCF激光光谱气体检测技术发展 179 6.3.2 PCF结构参数优化 180 6.3.3 表面吸收型PCF气体传感器 183 6.3.4 长光程气体检测系统设计 187 6.4 本章小结 191参考文献 192 7 微纳光纤器件设计案例 202 7.1 概述 202 7.2 微纳光纤锥制作及器件化 204 7.2.1 本生灯熔融拉伸双锥形微纳光纤折射率传感器 204 7.2.2 光纤熔接机制作S形光纤锥温度传感器 209 7.2.3 多功能光纤拉锥机制作微纳光纤耦合器 216 7.2.4 结形微纳光纤传感器 224 7.3 微纳光纤回音壁耦合共振系统设计 229 7.3.1 微纳光纤-微球回音壁耦合共振系统 229 7.3.2 空芯微纳光纤 -微球耦合系统 232 7.4 聚合物微纳光纤制备及功能化 237 7.4.1 PMMA微纳光纤制备及折射率传感特性 237 7.4.2 Pd纳米粒子修饰PMMA微纳光纤H2传感器 242 7.5 Fabry-Perot微腔光纤温度传感器 247 7.5.1 熔融微球端面Fabry-Perot微腔光纤温度传感器 247 7.5.2 同轴单模端面Fabry-Perot微腔光纤温度传感器 255 7.5.3 错位单模端面Fabry-Perot微腔光纤温度传感器 259 7.6 气敏材料修饰微纳光纤气体传感器技术 263 7.6.1 ZnO/PMMA端面反射型乙醇传感器 263 7.6.2 锥反射型乙醇传感器 271 7.6.3 MoS2纳米片包覆微纳光纤甲酸传感器 275 7.7 本章小结 282参考文献 283