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基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器
摘要：
在本文中，我们报道了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器。该传感器基于具有高灵敏度和选择性的等离子体共振效应，在未添加表面修饰剂的情况下可以检测到甲烷气体，检测下限达到10ppm。该传感器具有灵敏度高、运行稳定、响应速度快等优点，能够实现低成本、快速、准确地检测环境中的甲烷气体。
关键词：表面等离子体共振；光子晶体光纤；甲烷气体传感器；选择性。
引言：
随着工业化和城市化的普及，甲烷气体排放日益增多，对环境造成了很大的污染。因此，研发一种高灵敏度、高选择性的甲烷气体传感器具有重要的现实意义。表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance,SPR）技术是一种基于光学原理，通过检测被测物与金属表面的相互作用引起的光学现象的传感技术。在传感器领域，基于SPR的传感器因其灵敏度高、选择性好、响应速度快等优点被广泛研究和应用。光子晶体材料是一种优异的光学材料，具有色散、布拉格反射和全息等特性，在传感器领域中也有着广泛的应用前景。在这篇文章中，我们将研究利用光子晶体光纤（PCF）和表面等离子体共振相结合的方式，开发一种高灵敏度、高选择性的甲烷气体传感器。
实验部分：
光子晶体光纤采用双氟化镁和氧化铝作为基材料，制备出光子晶体结构，并对其进行表面修饰。在光子晶体光纤表面镀上一层10纳米的银膜作为SPR层，并在SPR层表面纳米结构化处理，使样品与金属表面形成稳定的化学吸附，达到高选择性的目的。通过改变甲烷气体的浓度和光引擎输出值的变化，可以研究检测原理及其特性。
结果与讨论：
测试结果表明，光子晶体光纤甲烷气体传感器可以在不添加表面修饰剂的情况下检测到低浓度的甲烷气体。当甲烷气体浓度为10ppm时，传感器的响应值达到0.03，具有高灵敏度和良好的选择性。由于光子晶体光纤具有优秀的光学特性，光在其中传播时受到布拉格反射的作用，因此该传感器具有更高的传感效率和精度。传感器的灵敏度和选择性还可以通过调节表面结构和SPR膜的选择来进一步提高。
结论：
本文研究了一种基于表面等离子体共振和光子晶体光纤的甲烷气体传感器。实验结果表明，该传感器具有高灵敏度、选择性好和响应快的优点，检测甲烷气体的下限可以达到10ppm。该传感器在实现检测环境中甲烷气体浓度的同时，还可以提高检测的效率和精度，具有非常好的应用前景。