报告题目: 基于光子晶体光纤与表面等离子共振原理的光纤传感器研究

报告人：褚索达 博士

工作单位：意法半导体英国爱丁堡研发中心

职位：产品测试工程师

报告时间：2022年11月24日星期四19：00-21:00

报告方式：腾讯会议：892-515-654

个人简介:

英国 Community for Analytic Measurement Science (CAMS)项目资助博士后。2020年在英国阿伯丁大学获工程学专业博士学位。同年，加入思克莱德大学开展博士后工作。主要研究兴趣与方向为特种光子晶体光纤（PCF）和基于表面等离子共振（SPR）原理的光纤传感器的理论与应用。以第一作者身份，他在IEEE J Sel Top Quant（2018）、IEEE Sens J（2019，2020）、Sensors（2021）发表SCI论文4篇。主要科研成果为新型光纤传感器的设计与性能分析, 探索影响光纤传感器性能的关键因素, 优化特种光纤与光纤传感器的制备与生产等。

摘要：

基于光纤的光学传感器已经在未知化学物质、常用物理量、生物化学反应过程的检测和实时监控等很多领域中都有所应用。常见的诸如温度传感器、气压传感器、 空气质量传感器以及生物传感器等。不同于传统的包层-纤芯结构的光纤，光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibre，PCF）由一组小型气孔按照一定的排列规则均匀地或者非均匀地排列贯穿于光纤的内部。受益于该种特殊的光纤内部微结构，各式各样基于光子晶体光纤的光学传感器被提出和研究。其中在生物-化学的检测/监测上，基于表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）的光子晶体光纤传感器被广泛地研究。近些年来，受到新冠疫情的影响，对于病毒的快速、高效、低成本的检测技术的需求日益升高。因此，在当前的生物传感器的研究中，基于表面等离子共振的光子晶体光纤传感器正逐步成为最具潜力的传感器之一。目前，在这个领域上，我们已完成的主要工作包括提出了一种针对高折射率（na=1.41-1.57）被分析物所设计的PCF-SPR传感器以及对其做出的传感性能分析、设计了一种双芯+双纳米银线的PCF传感器结构用于并行检测以提高检测速率的SPR传感器、针对传感过程中存在的高阶SPR现象，理论性地分析并提出了两种SPR模式（dielectric like 和 plasmon like），同时深度研究了二次高阶SPR对传感器的性能的影响以及创新性地利用试验设计 （Design of Experiment，DoE）方法，建立了关于PCF的结构参数与传感共振峰的数学统计校正模型，用于PCF的公差分析和优化PCF-SPR传感器的工业化设计流程。目前所有的研究工作都基于使用有限元方法（Finite Element Method，FEM）对波动方程和给定的边界条件进行数值仿真计算。通过模拟结果对光纤内部通过的电磁场进行合理的模式分析，可节约大量的实际实验的时间成本和光学器件的购买成本。未来的研究方向着重于利用更加精准的统计校正模型，对PCF-SPR传感器的结构参数做快速优化和精确的传感性能预测, 以推动PCF-SPR传感器在工业4.0时代的产业化和技术落地的进程。