基于高雙折射側邊拋磨光子晶體光纖的表面等離激元共振雙參量傳感器

摘" 要： 利用表面等離激元共振（SPR）技術設計了一款高雙折射光子晶體光纖（PCF）傳感器，可以實現(xiàn)寬范圍的雙參量高靈敏度傳感.采用側邊拋磨的結構，內部空氣孔呈三角晶格排列.金納米層涂覆在拋磨面直接與待測物接觸作為測量折射率RI的通道，更加方便檢測工作的進行，靠近纖芯的橢圓孔內充滿氯仿用來探測溫度.兩個獨立的通道以及由非對稱引入的雙折射可以確保獨自測量折射率和溫度的變化，解決了交叉靈敏度問題.借助全矢量有限元軟件COMSOL Multiphysics，靈活使用散射邊界條件可以很好的對光子晶體光纖傳感器的光學特性進行數(shù)值分析研究.實驗結果表明，文中提出的傳感器可以測量折射率范圍為1.32～1.39，溫度范圍是20～60℃，在500～1100 nm的波長范圍內可以觀察到明顯的表面等離激元共振效應.為了進一步分析該結構的性能，對主要結構參數(shù)（拋光面金膜厚度m1、Ta2O5厚度m2、中心空氣孔直徑d1以及占空比）做了研究分析.仿真結果得到折射率傳感下的平均波長靈敏度5 700 nm/RIU，最大波長靈敏度13 200 nm/RIU，最大振幅靈敏度818.44 RIU-1，傳感器的折射率分辨率為1.75×10-5RIU.溫度傳感范圍為20～60℃，得到最大波長靈敏度為2.6 nm/℃，最大振幅靈敏度為0.363 ℃-1，以及傳感器的溫度分辨率為3.84×10-2 ℃.該工作對于高靈敏度、實時、分布式、多參量測量SPR傳感器的設計和實現(xiàn)具有指導意義.

關鍵詞： 光子晶體光纖；表面等離激元共振；高雙折射；折射率傳感；溫度傳感

中圖分類號：O441.6""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1673-4807（2024）01-111-08

DOI：10.20061/j.issn.1673-4807.2024.01.017

收稿日期： 2022-03-07""" 修回日期： 2021-04-29

基金項目： 國家自然科學基金項目（11791240178）

作者簡介： 裴俊凱（1997—），男，碩士研究生

Symbolj@@ 通信作者： 周青春（1964—），男，教授，研究方向為凝聚態(tài)物理. E-mail： zhouqc@just.edu.cn

引文格式： 裴俊凱，周青春，王穎.基于高雙折射側邊拋磨光子晶體光纖的表面等離激元共振雙參量傳感器［J］.江蘇科技大學學報（自然科學版），2024，38（1）：111-118.DOI：10.20061/j.issn.1673-4807.2024.01.017.

Surface plasmon resonance dual parameter sensor based onhigh birefringence side polishing photonic crystal fibers

PEI Junkai， ZHOU Qingchun*， WANG Ying

（School of Science， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212100， China）

Abstract：A high-birefringence photonic crystal fiber sensor is designed using surface plasmon resonance technology， which can realize a wide range of dual-parameter high-sensitivity sensing. The structure is polished on the side， and the internal air holes are arranged in a triangular lattice. The gold nano layer is coated on the polishing surface and directly contacts the object to be measured as a channel for measuring the refractive index， which is more convenient for the detection work. The oval hole near the fiber core is filled with chloroform to detect the temperature. Two independent channels and the birefringence introduced by asymmetry can ensure independent measurement of refractive index and temperature changes， which solves the problem of cross sensitivity. With the help of the full-vector finite element software COMSOL Multiphysics， the flexible use of scattering boundary conditions can perform numerical analysis and research on the optical characteristics of photonic crystal fiber sensor. The experimental results show that the sensor proposed in this paper can measure the refractive index range of 1.32～1.39， the temperature range of 20～60℃， and the obvious surface plasmon resonance effect can be observed in the wavelength range of 500～1 100 nm. In order to further analyze the performance of the structure， the main structural parameters （gold film thickness m1， Ta2O5 thickness m2， central air hole diameter d1， and duty cycle） are studied and analyzed. The simulation results show that the average wavelength sensitivity of refractive index sensing is 5700nm/RIU， the maximum wavelength sensitivity is 13200nm/RIU， the maximum amplitude sensitivity is 818.44RIU-1， and the refractive index resolution of the sensor is 1.75×10-5RIU. The temperature sensing range is 20～60℃， the maximum wavelength sensitivity is 2.6nm/℃， the maximum amplitude sensitivity is 0.363℃-1， and the temperature resolution of the sensor is 3.84×10-2℃. This work has guiding significance for the design and implementation of high-sensitivity， real-time， distributed， multi-parameter measurement SPR sensors.

Key words：photonic crystal fiber， surface plasmon resonance， high birefringence， refractive index sensing， temperature sensing

表面等離激元共振（SPR）是p偏振入射光與金屬表面等離激元波（SPW）之間的耦合，由于其對周圍介質的折射率變化非常敏感，因此廣泛應用于物理、化學和生化傳感［1］. 光子晶體光纖由于具有光學損耗小、光學非線性度高等許多獨特的優(yōu)點而廣泛應用于生物傳感、藥品檢測、氣體檢測等諸多領域.因此，產生了基于表面等離激元共振的光子晶體光纖（SPR-PCF）傳感器，在一定程度上解決了傳統(tǒng)光纖傳感器交叉敏感、耦合損耗以及保偏特性等問題［2］.基于 SPR 的 PCF 傳感器大致可分為四種結構：空氣孔內金屬涂層 PCF［3］、微流控開槽PCF［4］、D 型PCF［5］和包層外表面金屬涂層PCF［6］.

最近，人們提出了多種基于微結構光纖（MOF）的傳感器來測量折射率［7-9］、溫度［9-11］等環(huán)境參數(shù).文獻［12］提出了一種雙芯SPR-PCF傳感器，光子晶體光纖由兩種大小不同的空氣孔圍繞中心氣孔構成，最外側大空氣孔直接與待測物質接觸，實現(xiàn)了在中紅外區(qū)域對氣凝膠、七氟醚（麻醉劑重要成分）等折射率物質的檢測.工作波長范圍為2 505～3 181 nm，在1.12～1.37折射率范圍內，最高靈敏度為12 000 nm/RIU，分辨率為8.33×10-6RIU.文獻［13］提出了一種基于Ag-α-Fe2O3光柵的高靈敏度光纖SPR傳感器，拋光面鍍有一層特殊納米材料構成的光柵作為傳感層與待測物接觸，在1.33～1.39的折射率范圍內最高靈敏度為6 400 nm/RIU.文獻［14］提出了一種T型光纖SPR傳感器，T型傳感頭由帶電漿平面的單模光纖（SMF）和帶間隙的包層部分移除的單模光纖（CPR-SMF）組成.金膜不是沉積在CPR-SMF的側面，而是沉積在SMF的末端.在1.33～1.36和1.37～1.4的折射率范圍內，分辨率分別高達7.115×10-6RIU以及3.525×10-6RIU［14］.

值得注意的是，上面提出的傳感器只能測量單一參數(shù).在實際應用中，只測量一個參數(shù)的傳感器往往會造成資源浪費，因此，同時測量多參量的傳感器成為主流.而多參量的傳感器最大的問題就是交叉敏感，因此文中提出一種新型高雙折射、低損耗和高非線性的類橢圓纖芯光子晶體光纖（PCF）結構可以有效避免串擾問題，該SPR在環(huán)境污染監(jiān)測、生物醫(yī)學分析和食品安全控制方面有很好的應用前景.

1" 結構設計和理論分析

文中設計的D型SPR-PCF傳感器截面如圖1，光纖包層由3層空氣孔組成，其中空氣孔間距Λ=2 um，空氣孔直徑d2=0.8Λ.外圍兩層是圓形的空氣孔按照三角晶格排布，靠近纖芯的內圈使用橢圓空氣孔取代圓形空氣孔.這樣設計的目的是橢圓孔可以有效地打破纖芯附近模場的對稱性以引入雙折射，將模場限制在纖芯內部達到減少結構下方限制損耗的目的.兩個基模傳播常數(shù)的差定義為雙折射：

Δβ=βx－βy（1）

模式雙折射B，其表達式為：

B=βx－βy2π/λ=Δβk0（2）

記nxeff=βxk0，nyeff=βyk0，則B也可表示為：

B=nxeff－nyeff（3）

式中：nxeff和nyeff分別為X和Y偏振纖芯基模的有效折射率.若光纖中2個互相垂直的偏振模式的有效折射率差值的絕對值大于 1×10-4，則這 2 種偏振模式是彼此簡并且可分離的，可以實現(xiàn)低串擾、可分辨的傳輸要求.基于此，高雙折射的PCF在保偏特性和傳輸傳感等領域被廣泛應用［15］.選擇金作為表面等離激元材料是因為金的諧振波長偏移較大，比銀更穩(wěn)定.拋光面金膜厚度m1=40 nm，直接與環(huán)境待測物接觸.金納米層下面有一層厚度為40 nm的Ta2O5，用來增強倏逝場［16］.根據(jù)Au-Ta2O5雙涂層傳感器具有良好的波長和振幅靈敏度的最新報道［17］，選擇雙層結構來激發(fā)SPR.Au-Ta2O5雙涂層的寬度是1.8 Λ，較短的側拋光長度提高了傳感器的性能，這種結構的另一個優(yōu)點是使貴金屬涂層變得經(jīng)濟實惠.纖芯右側橢圓孔內鍍有一層厚度為m3=40 nm的金膜.采用飛秒激光輔助浸滲技術［18］結合濕化學沉積技術［19］，可在靶孔內表面選擇性涂覆金層.橢圓長軸a=0.8 Λ，短軸b，a/b=1.5.纖芯中心設有空氣孔，中心空氣孔的半徑d1/2=120 nm.中央空氣孔負責降低纖芯模式的RI，以減輕調整纖芯模式和表面等離極化激元（SPP）模式之間的相位匹配.

該MOF的背景材料是由熔融二氧化硅制備，可以通過計算與溫度有關的Sellmeier方程計算其折射率：

n2=A+B/1－C/λ2+D/1－E/λ2（4）

nT=n0+dn/dT·T－T0（5）

式中：n和λ分別代表硅的RI和當前光的工作波長；n0為室溫下的折射率；nT為溫度T時的折射率.系數(shù)A，B，C，D和E定義［20］：

A=1.315 52+0.690 754×10-5T

B=0.788 404+0.235 835×10-4T

C=0.011 019 9+0.584 758×10-6T

D=0.913 16+0.548 368×10-6

E=100（6）

金納米層的折射率可由Drude-Lorentz公式來導出［21］：

ε（ω）=ε1+iε2=ε

SymboleB@ －ω2pωω+ωc（7）

式中：金屬高頻相對介電常數(shù)ε

SymboleB@ 取值為9.84，等離子體頻率ωp取值為1.36×1016rad/s，阻尼頻率ωc取值為1.45×1014rad/s.鍍金氣孔中填充了氯仿，其有較大的熱光系數(shù)dn/dT=-6.328×10-4/K，可用來檢測溫度，可通過式（5）來計算氯仿的折射率.空氣孔中空氣折射率為1，Ta2O5的折射率可以表示為：

nTa2O5=1.88+178.4×102λ2+527×107λ4（8）

式中：λ是當前入射光的工作波長.在的計算中忽略了金屬薄膜的表面粗糙度［19］和液體介質中的物質色散.

利用全矢量有限元軟件COMSOL Multiphysics進行了計算仿真.使用波動光學模塊進行模式分析研究，對波長進行參數(shù)化掃描.用自由三角形劃分網(wǎng)格，保證網(wǎng)格質量，總共有9 602個域單元和1 024個邊界單元.在xy二維平面進行模式分析，光沿著z軸傳播，選擇散射邊界條件作為邊界條件吸收光纖表面多余的輸出波，避免對仿真結果產生影響.

如圖2，X和Y偏振的纖芯基模和SPP模的色散關系以及纖芯基模損耗譜圖，由于結構的非對稱性，結構顯示出強烈的雙折射，X、Y偏振纖芯基模的有效折射率差值均大于10-4.從圖3中可以很明顯的看出纖芯模態(tài)可以分為兩個正交模式，一個是平行于X軸，一個是平行于Y軸.

圖3顯示了表面電場模分布，箭頭方向表示電場方向.

由于纖芯基模和SPP模的耦合，可以看到尖銳的共振峰.在共振波長處，有很大比例的能量從纖芯基模轉移到SPP模中，并且在纖芯基模損耗譜中有一個明顯的尖銳的損耗峰，通過記錄共振峰的變化來檢測外部環(huán)境的微小變化.此外，從損耗峰值可以看出Y方向的耦合強度遠大于X方向.對于高階SPP模與纖芯基模的耦合不予討論，不影響共振峰的監(jiān)測.

2" 結果與討論

當RI或外部環(huán)境溫度發(fā)生變化時，纖芯模式與SPP模式的相位匹配條件也隨之發(fā)生變化，導致X和Y偏振的共振峰向不同波長移動.通過跟蹤X和Y偏振共振峰的位移，可以檢測到RI和溫度的變化.如圖4用控制變量法分別對溫度從20℃變化到30℃， RI從1.33變化到1.34時X和Y偏振纖芯模的損耗譜進行了比較.眾所周知，光通過纖芯的傳播會產生一定的損耗，這主要是由于光逃逸到包層區(qū)域，纖芯限制損耗定義為［22］：

αL（x，y）λ，nx，yeff=k0Imnx，yeff×104（9）

式中：k0=2π/λ表示波數(shù)；λ 定義為工作波長；Im（nx，yeff）是X或Y偏振纖芯基模有效折射率的虛部.

如圖4，在T=30℃恒定溫度下，當待測物折射率從1.34變化到1.35，Y偏振損耗峰向長波長漂移，共振波長從640 nm增加到674 nm，與此同時X偏振共振波長固定在810 nm.同樣，保持RI=1.35，當溫度從20℃增加到30℃時，X偏振損耗峰向短波長漂移，共振波長從839 nm變化到810 nm，Y偏振共振波長保持在674 nm.

通常用振幅調制和波長調制的方法計算傳感器的靈敏度.波長靈敏度定義為：

Sλ（na，λ）=ΔλpeakΔna（10）

式中：Δλpeak為共振峰的漂移量；Δna為待測物折射率的變化量.振幅靈敏度為［23］：

SA（α）=－1α（λ，na）×Δα（λ，na）Δna（11）

式中：α（λ，na）為限制損耗；Δα（λ，na）為同一波長處相鄰待測物折射率下?lián)p耗值之間的差值.用ΔT，α（λ，T），Δα（λ，T）分別替換Δna，α（λ，na），Δα（λ，na）可以得到在溫度傳感下的振幅靈敏度.同樣的，溫度傳感下的波長靈敏度為：

Sλ（T，λ）=Δλpeak（T）ΔT（12）

最后，對于微傳感器來說一個很重要的參數(shù)就是分辨率，分辨率是衡量傳感器可檢測被測量最小變化的能力.可以由式（13、14）分別計算折射率和溫度的分辨率.

RRI（na，λ）=Δna×ΔλminΔλpeak（RI）（13）

式中：RRI為折射率的分辨率；Δλmin為最小光譜儀分辨率，通常是0.1 nm；Δna為折射率的變化量；Δλpeak（RI）為折射率損耗譜上共振峰的漂移量.

RT（T，λ）=ΔT×ΔλminΔλpeak （T）（14）

式中：RT為溫度的分辨率；ΔT是溫度的變化量；Δλpeak （T）為是溫度損耗譜上共振峰的漂移量.

為了研究傳感器的性能，需要考慮拋光面金膜周圍不同折射率的待測物.從圖5可以看出，當待測物折射率的范圍從1.32增加到1.39，共振波長向長波長漂移.與此同時，隨著待測物折射率的增加，Y偏振的纖芯損耗也增加.

一方面，不同折射率的分析物沉積在金膜上，間接影響了金膜激發(fā)的表面等離極化激元模式.隨著被分析物折射率的增加，表面等離極化激元模的有效折射率也增加，而纖芯模的有效折射率變化不明顯.因此，纖芯模和表面等離極化激元模的相位匹配點向長波長方向移動，即發(fā)生紅移.另一方面，隨著樣品折射率的增加，引起纖芯的能量泄漏，從而促進了纖芯模與表面等離極化激元模的耦合.也就是說，這會導致更多的能量從纖芯轉移到金膜表面，最終導致共振波長處的纖芯模式的損耗增加.圖6為共振波長作為折射率的函數(shù)的多項式擬合結果，R2系數(shù)高達0.995 22.由式（10）計算得到平均波長靈敏度為5 700 nm/RIU，當待測物折射率從1.38變化到1.39時，共振波長從870 nm增加到1 006 nm，得到最大波長靈敏度為13 600 nm/RIU.由式（13）計算得到傳感器的折射率分辨率為1.75×10-5RIU.同樣，使用式（11）計算了微傳感器對待測物折射率值從1.32到1.39的振幅靈敏度，結果繪制并呈現(xiàn)在圖7中.當待測物折射率從1.34變化到1.35時，在波長670 nm處得到最大振幅靈敏度818.44 RIU-1.

通過改變D型光子晶體光纖的結構參數(shù)，分析傳感器的傳感特性和偏振特性.首先，對拋光面的金膜厚度以及增敏材料Ta2O5的厚度進行分析.其次，中心空氣孔負責降低纖芯模式的折射率，減輕調整纖芯模式和SPP模式之間的相位匹配難度，需要對其半徑大小進行分析研究.最后，研究光子晶體其它結構參數(shù)對傳感器的性能影響，比如包層空氣孔的大小，中心內圈橢圓孔的長短軸的比例，占空比等.

等離激元材料厚度的變化對SPR-PCF傳感器傳感特性的影響十分明顯.當待測物折射率1.32，中心空氣孔半徑120 nm，讓拋光面金膜厚度由10 nm增加到60 nm，結果如圖8.可以看出，隨著拋光面金膜厚度增加，共振波長會發(fā)生紅移，剛開始纖芯模的損耗值增加隨后一直減小，因為當金膜太厚時，倏逝波的電場很難穿透金膜，所以纖芯基模的能量很難轉移到金屬表面.為了進一步了解金膜厚度的具體影響，分析了待測物折射率從1.32～1.39時各個厚度下的損耗譜.當金膜厚度10 nm時，隨著待測物質折射率升高，限制損耗變小，整體的限制損耗都很小，不適合表面等離極化激元模的激發(fā).當拋光面金膜厚度為20 nm時，平均波長靈敏度5 600 nm/RIU，最大波長靈敏度12 800 nm/RIU.當拋光面金膜厚度為30 nm時，平均波長靈敏度5 100 nm/RIU，最大波長靈敏度10 900 nm/RIU.當拋光面金膜厚度為40 nm時，平均波長靈敏度5 700 nm/RIU，最大波長靈敏度13 200 nm/RIU.綜上所述，如果金層太厚，則會引入較高的阻尼損失，削弱倏逝場的穿透，使得靈敏度和限制損耗降低；如果金膜太薄，則由于輻射阻尼，會導致等離激元被強烈抑制.選擇拋光面金膜厚度在40 nm時，測量共振波長效果最佳.

Ta2O5用于增強倏逝場，其厚度對于SPR-PCF傳感器的傳感特性也有很大的影響.圖9為待測物折射率1.32，拋光面金膜厚度m1=40 nm時Ta2O5厚度由10 nm增加到40 nm的纖芯損耗譜.

從圖中可以看出當Ta2O5厚度增加，限制損耗減小，同時共振波長發(fā)生紅移.為了進一步研究Ta2O5厚度的影響，在不同Ta2O5厚度時，對折射率1.32～1.39整體做了仿真.結果表明：當Ta2O5厚度為40 nm時，平均波長靈敏度5 700 nm/RIU，最大波長靈敏度13 200 nm/RIU.當Ta2O5厚度為30 nm時，平均波長靈敏度5 100 nm/RIU，最大波長靈敏度16 000 nm/RIU.當Ta2O5厚度為20 nm時，平均波長靈敏度4 900 nm/RIU，最大波長靈敏度14 900 nm/RIU.當Ta2O5厚度為10 nm時，平均波長靈敏度為5 200 nm/RIU，最大波長靈敏度為14 400 nm/RIU.易見，當Ta2O5厚度為40 nm時，該結構得到最大的平均波長靈敏度，傳感器的性能更加優(yōu)越.

分別對中心空氣孔半徑為0，40，80，120，160 nm時，待測物折射率1.32～1.39的纖芯基模損耗譜進行分析研究.當空氣孔半徑為0時，平均波長靈敏度3 500 nm/RIU，最大波長靈敏度8 000 nm/RIU當空氣孔半徑為40 nm時，平均波長靈敏度為3 200 nm/RIU，最大波長靈敏度為5 700 nm/RIU.當空氣孔半徑為80 nm時，平均波長靈敏度為4 500 nm/RIU，最大波長靈敏度為13 600 nm/RIU.當空氣孔半徑為120 nm時，平均波長靈敏度為5 700 nm/RIU，最大波長靈敏度為13 200 nm/RIU.當空氣孔半徑為160 nm時，平均波長靈敏度4 000 nm/RIU，最大波長靈敏度8 000" nm/RIU.經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，選用中心空氣孔半徑為120 nm時，傳感器的性能更加優(yōu)越.且此時并不會造成纖芯模式的分裂，不會對傳感性能造成影響.

保持橢圓尺寸不變，改變占空比，外層空氣孔從0.5Λ增加到0.8Λ，待測物折射率1.32，損耗譜基本沒有變化，共振波長均固定在608 nm，損耗峰值678 dB/cm，傳感器的性能不發(fā)生變化，這是因為包層外環(huán)的空氣孔離纖芯很遠，纖芯基模和表面等離極化激元模的有效折射率基本不變，導致相位匹配點不變，共振波長不會發(fā)生變化，因此包層外環(huán)的空氣孔只會輕微影響損耗值的變化，同時說明橢圓結構很好的限制了纖芯模的能量.因此改變橢圓長軸，圖10為橢圓長軸從0.7Λ增大到1.0Λ的損耗譜，共振波長有輕微的紅移，損耗峰值不斷增大，當長軸為0.8Λ時，整體的共振效應更明顯，測量效果最佳.

評估用于溫度傳感的微傳感器的靈敏度指標，利用溫敏液體氯仿將被分析物環(huán)境中的熱效應轉化為光學信號，以便有效地感知溫度變化.圖11為溫度從20℃增加到60℃的X偏振損耗譜，從圖中可以看出隨著溫度的增加共振波長發(fā)生藍移，這是因為氯仿的負熱光學系數(shù)會降低表面等離激元模有效折射率的實部.與折射率傳感不同，溫度檢測的峰值波長在我們計算的整個溫度范圍內始終呈線性關系，圖12為共振波長作為溫度的函數(shù)的線性擬合，R2系數(shù)高達0.997 45.由式（12）計算得到平均波長靈敏度為2.325 nm/℃，當溫度從30℃變化到40℃時，共振波長從814 nm減小到788 nm，得到最大波長靈敏度2.6 nm/℃.

由式（14）計算得到傳感器的溫度分辨率為3.84×10-2℃.同樣的，通過式（11）的變式計算了微傳感器對溫度值從20℃變化到60℃的振幅靈敏度，結果繪制并呈現(xiàn)在圖13中.當溫度從40℃變化到50℃時，在波長767 nm處得到最大振幅靈敏度為0.363℃-1.

表1對文中提出的傳感器和現(xiàn)有的用于折射率和溫度檢測的傳感器進行了性能比較.可以很明顯的看出，在波長靈敏度、振幅靈敏度指標上，所提出的傳感器有明顯的優(yōu)勢.

表1" 文中傳感器與其它文獻報道的SPR-PCF傳感器的性能比較

Table 1" Performance comparison of the proposed sensor with reported PCF-SPR sensors

光纖結構RI區(qū)間溫度區(qū)間/℃工作波長/nm靈敏度RI/T幅值靈敏度RI/T

D型 SPR-PCF傳感器［24］1.33～1.3620～60500～9002 400 nm/RIU/2 nm/℃20～40

準D型PCF等離激元微傳感器［16］1.35～1.46-50～501 250～1 6505000 nm/RIU/3 nm/℃266.54/4.8×10-2

D型PCF等離子體傳感器［25］1.00～1.6015～50600～1 6002 275 nm/RIU/9.09 nm/℃-88.2/-0.311

文中傳感器1.32～1.3920～60500～1 10013 600 nm/RIU/2.6 nm/℃818.44/0.363

3" 結論

（1） 提出并數(shù)值分析了一款新穎的高雙折射D型SPR-PCF雙參量傳感器，創(chuàng)建了兩個傳感通道來產生兩個獨特的X和Y偏振模式，分別測量折射率和溫度.

（2） 通過波長調制和振幅調制的方法研究了材料厚度以及其它結構參數(shù)對傳感器性能的影響.當波長為500～1 100 nm，外部環(huán)境折射率為1.32～1.39時，最終得到折射率傳感下最大波長靈敏度為13 600" nm/RIU，最大振幅靈敏度818.44 RIU-1，傳感器的折射率分辨率為1.75×10-5 RIU.

（3） 溫度傳感為20～60℃，得到最大波長靈敏度2.6 nm/℃，最大振幅靈敏度0.363℃-1，以及傳感器的溫度分辨率3.84×10-2℃.所提出的微型傳感器可應用領域包括分子科學、醫(yī)學測量和分析、陸地環(huán)境工程和數(shù)據(jù)評估、水生生態(tài)系統(tǒng)調查、藥物和消化過程控制和驗證、低溫研究等.

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（責任編輯：貢洪殿）