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基于单模光纤传输的单模-无心-单模光纤型表面等离子体共振传感器(特邀)
摘要：
表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance，SPR）传感器由于其高灵敏度、实时监测和无标记等优势，在生物传感领域得到广泛应用。然而，传统的SPR传感器受限于实时检测和灵敏度方面的限制。本文提出了一种基于单模-无心-单模光纤的SPR传感器，利用其特殊的模式耦合特性来提高灵敏度和实时监测能力。通过计算和模拟，我们展示了该传感器的性能，并与传统的SPR传感器进行了比较。结果表明，该传感器具有更高的灵敏度和更快的响应速度，可以在生物传感领域中发挥重要作用。
关键词：表面等离子体共振传感器，单模-无心-单模光纤，灵敏度，实时监测
1.引言
表面等离子体共振传感器是一种基于光学原理的生物传感技术，利用表面等离子体共振现象来检测样本中的分子相互作用。相比于传统的生物传感技术，SPR传感器具有高灵敏度、高选择性、无标记等优点，因此被广泛应用于生物医学、环境监测和食品安全等领域。
然而，传统的SPR传感器仍然存在一些局限性。首先，传统的SPR传感器通常使用玻璃芯光纤，导致光束在纤芯和外层介质之间的能量转移效率较低，限制了灵敏度的提高。其次，传统的SPR传感器通常采用两个光纤进行模式耦合，导致实时监测能力有限。为了克服这些限制，本文提出了一种基于单模-无心-单模光纤的SPR传感器。
2.原理
单模-无心-单模光纤（single-mode-multimode-single-modefiber，SMS）是一种特殊的光纤结构，具有较高的模场分布和损耗特性。在本研究中，我们利用SMS光纤的模式耦合特性实现SPR传感器的性能提升。
当光束从单模光纤入射到SMS光纤时，由于模式不匹配，部分光束将被耦合到无心模式光纤中。当存在与无心模式光纤相互作用的介质时，由于无心模式光纤的灵敏度较高，光学特性会发生变化。通过监测入射光与传播光之间的功率差异，可以实时检测介质的变化。
3.实验设计
在实验中，我们使用了特制的单模-无心-单模光纤作为传感器的探测部分。通过激光器产生的单色光束，经过偏振控制和光衰减器调节光强后，由单模光纤传输到SMS光纤中。通过监测无心模式光纤中的光强变化，可以实时检测介质的变化。
实验结果显示，基于单模-无心-单模光纤的SPR传感器具有较高的灵敏度和实时监测能力。与传统的SPR传感器相比，单模-无心-单模光纤传感器的响应速度更快，并且可以实时监测介质的变化。此外，根据实验结果，我们还通过改变单模-无心-单模光纤的结构参数来优化传感器的性能。
4.结论
本文介绍了一种基于单模-无心-单模光纤的SPR传感器，利用其特殊的模式耦合特性来提高灵敏度和实时监测能力。实验结果表明，该传感器具有更高的灵敏度和更快的响应速度，可以在生物传感领域中发挥重要作用。未来的研究可以进一步优化传感器的结构和制备工艺，提高其性能和应用范围。
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