CN112432715A - 一种基于spr的d型光子晶体光纤温度传感装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供了一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，由宽带光源、偏振器、变温箱、D型光子晶体光纤、单模光纤、光谱分析仪和计算机组成；光纤温度传感器位于变温箱内，变温箱由输入值控制箱内温度；D型光子晶体光纤侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜，薄膜上再次涂覆温敏材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)，与D型光子晶体光纤熔接的单模光纤、涂覆Ag和Ta2O5薄膜以及温敏材料的D型光子晶体光纤一起构成所述一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置的探头。利用SPR传感机制，将温度的变化转换成可测量的损耗峰的变化，实现温度传感，具有灵敏度高、设计灵活、结构紧凑、稳定性强等优点，在温度监控领域具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法。
背景技术
表面等离子体共振(SPR)存在于金属和介质(或空气)之间，利用全反射倏逝波激发表面等离子体极化激元(SPP)。SPR传感技术因其灵敏度高、无背景干扰、样品无标签、无需进一步纯化、实时快速检测等特点，已经成为监测分析物的折射率、过滤特定频率的光和检测纳米生物膜的形成的多功能工具。近年来，基于光子晶体光纤(PCF)的SPR传感器的概念已被提出。光子晶体光纤的特点是其设计的灵活性，因此可以通过不同的气孔布置来定制色散、双折射、非线性等。这些方面使得光子晶体光纤在许多领域特别引人注目，并在基于气体的非线性光学、原子和粒子制导、超高非线性、掺稀土激光和传感等领域有广泛的应用。PCF-SPR传感器可以实现等离子体模式和基模模式的完美匹配，因为基模的有效折射率可以设计为零到核心材料的折射率之间，在折射率检测方面具有很高的灵敏度和分辨率。克服了基于棱镜和传统光纤的SPR传感器体积大、传输损耗高、灵敏度低的缺点。
侧边抛磨光子晶体光纤是利用光纤研磨抛光技术除去部分包层的光纤元件，既能保持传统光纤的优势，又能使光纤内传导模式通过抛磨区泄露出来用以其他的应用，例如利用倏逝波应用于传感器领域等。J.J.Wu等人(J.J.Wu,S.G.Li,M.Shi,X.X.Feng,Photoniccrystal fiber temperature sensor with high sensitivity based on surfaceplasmon resonance,Optical Fiber Technology,2018,43:90-94)提出一种基于SPR的PCF温度传感器，采用金属金作为SPR激发材料，固体纤芯下方的四个小气孔和一个大气孔用于产生双折射，测量温度范围为10-85℃(折射率范围为1.336-1.3696)；N.Chen等人(N.Chen,M.Chang,X.L.Lu,J.Zhou and X.D.Zhang,Numerical Analysis of Midinfrared D-Shaped Photonic-Crystal-Fiber Sensor based on Surface-Plasmon-ResonanceEffect for Environmental Monitoring,Applied Sciences,2020,10(11):3897)提出一种工作在近红外波段(2.9-3.6μm)、用于环境监测的基于SPR效应的D型PCF折射率传感器，分析物与金层直接接触，而且环绕整个D型PCF，而不是只接触抛光面，包层材料是硅，包层中的三层气孔按照六边形晶格排列；M.N.Sakib等人(M.N.Sakib,M.B.Hossain,K.F.Al-tabatabaie,I.M.Mehedi,M.T.Hasan,M.A.Hossain,I.S.Amiri,High Performance DualCore D-Shape PCF-SPR Sensor Modeling Employing Gold Coat,Results in physics,2019,15:102788)提出采用金涂层、固体双芯的D型PCF-SPR传感器，分析物折射率范围为1.45-1.48，两个固体纤芯与y轴对称，双芯能量与金属层能量耦合较困难，适用的探测范围较窄；S.Singh等人(S.Singh,Y.K.Prajapati,Highly sensitive refractive indexsensor based on D-shaped PCF with gold-graphene layers on the polishedsurface,Applied Physics A,2019,125:437)提出一种在抛光表面涂有金和石墨烯层的D型PCF折射率传感器，在固体纤芯x方向放置两个大空气孔，研究x方向偏振光发生耦合时的限制损耗谱；A.A.Rifat等人(A.A.Rifat,G.A.Mahdiraji,D.M.Chow,Y.G.Shee,R.Ahmedand F.R.M.Adikan,Photonic Crystal Fiber-Based Surface Plasmon ResonanceSensor with Selective Analyte Channels and Graphene-Silver Deposited Core,Sensors,2015,15(5):11499-11510)提出一种D型光子晶体光纤SPR折射率传感器，采用银作为SPR激发材料，该传感器不仅探测范围较窄，而且不能满足高灵敏度的要求。2011年Wang Y等人，通过飞秒激光辅助选择性渗透技术，选择性将光子晶体光纤中的一个孔填满折射率为1.46的液体，使其形成一个与纤芯相邻的长度为2.4cm的液体杆状波导，纤芯的基膜可以有效地与液体杆状波导的基膜相耦合。通过与普通单模光纤相熔接，可以在干涉光谱中形成干涉峰，通过测结果进行温度灵敏度测试，不能满足高灵敏度的要求。
发明内容
虽然上述研究者对上述抛磨光子晶体光纤做了相关的研究和改进，但是探测范围较窄，而且不能满足高灵敏度的要求。其传感灵敏度、探测范围以及实用性有很大的局限性。为了解决现有技术的缺陷，本发明提出一种结构紧凑、灵敏度较高、探测范围较宽、符合实际生产的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：
技术方案：一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于，由宽带光源(1)、偏振器(2)、变温箱(3)、D型光子晶体光纤(4)、单模光纤(5)、光谱分析仪(6)和计算机(7)组成；所述光纤温度传感器位于变温箱内，变温箱内温度由输入值控制；
所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜(8)，薄膜上再次涂覆温敏材料(9)，与所述D型光子晶体光纤(4)熔接的单模光纤(5)、涂覆Ag和Ta2O5薄膜的D型光子晶体光纤(4)一起构成所述一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置的探头；
所述D型光子晶体光纤(4)包括：Ag和Ta2O5薄膜(8)，温敏材料(9)，包层(10)、25个位于包层中的空气孔；其特征在于，空气孔(11)和空气孔(12)以原点为中心分别旋转20°、40°、60°、79°，再镜像形成第一层空气孔、第二层空气孔；空气孔(13)以原点为中心分别旋转20°、40°，再镜像形成第三层空气孔；椭圆空气孔(14)位于y轴(空)纤芯处；
所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜(8)及PDMS薄膜(9)的制备方法为：利用磁控溅射镀膜方法在D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面形成银镀层。将拉制好的D型光子晶体光纤(4)在夹具上固定好，放置在磁控溅射镀膜机的腔体内，调整位置使抛光面正对反应方向，腔内抽真空后充满Ar气，开启磁控溅射镀膜机制备银镀层，采用直流靶位溅射镀膜，设置启辉功率为40W，溅射功率为70W，工作气压为0.8Pa，工作时间为15min，得到侧面抛光表面涂覆银薄膜的D型光子晶体光纤(4)。其后更改参数设置，将侧面抛光表面涂覆银薄膜的D型光子晶体光纤(4)放入磁控溅射镀膜机的腔体中，腔内抽真空后，充入纯度为99.95％的Ar气作为工作气体和纯度为99.95％的O2作为反应气体，工作气体和反应气体的体积比为5︰1；设置启辉功率为40W，溅射功率为30-40W，工作气压为1.8Pa，工作时间为15min-25min，溅射Ta靶材，Ta靶材为纯度99.95％的高纯钽，工作时间为15min-25min，，在银镀层上获得Ta2O5薄膜。在PDMS溶液中加入固化剂，其中溶液和固化剂的质量比是10:1，所述固化剂为Essil296催化剂，然后继续搅拌12min，将混合物置于真空手套箱中进行真空抽滤去除气泡30min，取混合物悬凃在经过清洁处理的D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面上，然后将其置于烘箱中进行固化得到温敏PDMS薄膜，烘箱的固化温度是75℃-80℃，保持20min。
进一步地，所述D型光子晶体光纤(4)的包层空气孔间距Λ为10-12μm，包层直径D为100μm，空气孔(11)、空气孔(12)和空气孔(13)的直径d1、d2和d3分别为8.55-9.45μm、6.65-7.35μm、4.75-5.25μm；椭圆空气孔(14)的短轴a和长轴b分别为3μm和7μm。
进一步地，所述D型光子晶体光纤(4)的包层材料为熔融石英，其折射率由Sellmeier公式定义。
进一步地，所述温敏材料(9)是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，PDMS材料的折射率随温度而改变，折射率由阿贝折射仪测量。
一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：采用堆叠-拉丝技术制备光子晶体光纤，然后在V型槽中进行抛磨加工成D型光子晶体光纤，利用磁控溅射镀膜方法可以得到所述的涂覆Ag和Ta2O5薄膜的D型光子晶体光纤；
所述的堆叠-拉丝技术为：首先对石英套管进行预处理，在超净环境下按照参数拉制毛细管，拉制温度为1900℃-2000℃，之后对毛细管两端用氢氧焰进行拉锥封孔，在石英套管中将毛细管按照设计要求堆积形成所需的结构，用纯石英棒对空隙进行填充，利用氧炔火焰将石英套管与毛细管烧结在一起，在拉丝塔上使用两次拉丝技术制成光子晶体光纤；
所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其传输路径如下：所述宽带光源(1)经过偏振器(2)变成y偏振光，通过传输到变温箱(3)中的D型光子晶体光纤(4)，由D型光子晶体光纤(4)输出到单模光纤(5)，输入至光谱分析仪(6)，光谱分析仪(6)的输出端连接计算机(7)，其特征在于：
所述Ag和Ta2O5薄膜表面激发的等离子体波波矢与入射光场的波矢在特定的波长范围内达到相位匹配，发生耦合，出现共振损耗峰；表面等离子体共振(SPR)对介质环境十分敏感，温度的变化会导致PDMS折射率RI的变化，折射率RI变化会使共振条件发生变化，导致共振损耗峰发生明显变化，可以实现高灵敏度、实时性探测。
结构发明：一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法。
与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：
1、本发明所述的D型光子晶体光纤包层上的椭圆空气孔(14)位于y轴(空)纤芯处，极大地增加了双折射特性以及色散特性，有利于偏振态的保持，可广泛应用于偏振控制、精密光纤传感等领域。
2、本发明所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感器，采用Ag和Ta2O5薄膜作为SPR激发材料，通过PDMS材料折射率随温度变化的特性实现对温度的测量。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置图。
图2为本发明提供的一种基于SPR的D型光子晶体光纤二维横截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提出的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法的具体实施方式加以说明。
如图1所示，为本发明提供的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置图，由宽带光源(1)、偏振器(2)、变温箱(3)、D型光子晶体光纤(4)、单模光纤(5)、光谱分析仪(6)和计算机(7)组成；所述光纤温度传感器位于变温箱内，变温箱内温度由输入值控制；D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜(8)，薄膜上再次涂覆温敏材料(9)，与所述D型光子晶体光纤(4)熔接的单模光纤(5)、涂覆Ag和Ta2O5薄膜的D型光子晶体光纤(4)一起构成所述一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置的探头；所述宽带光源(1)经过偏振器(2)变成y偏振光，通过传输到变温箱(3)中的D型光子晶体光纤(4)，由D型光子晶体光纤(4)输出到单模光纤(5)，输入至光谱分析仪(6)，光谱分析仪(6)的输出端连接计算机(7)。
如图2所示，为本发明提供的一种基于SPR的D型光子晶体光纤二维横截面图，包括：Ag和Ta2O5薄膜(8)，温敏材料(9)，包层(10)、25个位于包层中的空气孔；其特征在于，空气孔(11)和空气孔(12)以原点为中心分别旋转20°、40°、60°、79°，再镜像形成第一层空气孔、第二层空气孔；空气孔(13)以原点为中心分别旋转20°、40°，再镜像形成第三层空气孔；椭圆空气孔(14)位于y轴(空)纤芯处；包层空气孔间距Λ为10-12μm，包层直径D为100μm，空气孔(11)、空气孔(12)和空气孔(13)的直径d1、d2和d3分别为8.55-9.45μm、6.65-7.35μm、4.75-5.25μm；椭圆空气孔(14)的短轴a和长轴b分别为3μm和7μm；包层材料为熔融石英，其折射率由Sellmeier公式定义。
基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置对PDMS折射率RI灵敏度的检测；通过分析不同温度的PDMS材料折射率RI，依次用于本发明提供的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置进行测量；PDMS材料折射率RI变化会使共振条件发生变化，导致共振损耗峰发生明显变化，可以实现对温度的高灵敏度、实时性探测。
Claims (5)
1.一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：由宽带光源(1)、偏振器(2)、变温箱(3)、D型光子晶体光纤(4)、单模光纤(5)、光谱分析仪(6)和计算机(7)组成；所述光纤温度传感器位于变温箱内，变温箱内温度由输入值控制；
所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜(8)，薄膜上再次涂覆温敏材料(9)，与所述D型光子晶体光纤(4)熔接的单模光纤(5)、涂覆Ag和Ta2O5薄膜的D型光子晶体光纤(4)一起构成所述一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置的探头；
所述D型光子晶体光纤(4)包括：Ag和Ta2O5薄膜(8)，温敏材料(9)，包层(10)、25个位于包层中的空气孔；其特征在于，空气孔(11)和空气孔(12)以原点为中心分别旋转20°、40°、60°、79°，再镜像形成第一层空气孔、第二层空气孔；空气孔(13)以原点为中心分别旋转20°、40°，再镜像形成第三层空气孔；椭圆空气孔(14)位于y轴(空)纤芯处；
所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆Ag和Ta2O5薄膜(8)及PDMS薄膜(9)的制备方法为：利用磁控溅射镀膜方法在D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面形成银镀层。将拉制好的D型光子晶体光纤(4)在夹具上固定好，放置在磁控溅射镀膜机的腔体内，调整位置使抛光面正对反应方向，腔内抽真空后充满Ar气，开启磁控溅射镀膜机制备银镀层，采用直流靶位溅射镀膜，设置启辉功率为40W，溅射功率为70W，工作气压为0.8Pa，工作时间为15min，得到侧面抛光表面涂覆银薄膜的D型光子晶体光纤(4)。其后更改参数设置，将侧面抛光表面涂覆银薄膜的D型光子晶体光纤(4)放入磁控溅射镀膜机的腔体中，腔内抽真空后，充入纯度为99.95％的Ar气作为工作气体和纯度为99.95％的O2作为反应气体，工作气体和反应气体的体积比为5︰1；设置启辉功率为40W，溅射功率为30-40W，工作气压为1.8Pa，工作时间为15min-25min，溅射Ta靶材，Ta靶材为纯度99.95％的高纯钽，工作时间为15min-25min，，在银镀层上获得Ta2O5薄膜。在PDMS溶液中加入固化剂，其中溶液和固化剂的质量比是10:1，所述固化剂为Essil296催化剂，然后继续搅拌12min，将混合物置于真空手套箱中进行真空抽滤去除气泡30min，取混合物悬凃在经过清洁处理的D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面上，然后将其置于烘箱中进行固化得到温敏PDMS薄膜，烘箱的固化温度是75℃-80℃，保持20min。
2.根据权利要求1所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：所述D型光子晶体光纤(4)的包层空气孔间距Λ为10-12μm，包层直径D为100μm，空气孔(11)、空气孔(12)和空气孔(13)的直径d1、d2和d3分别为8.55-9.45μm、6.65-7.35μm、4.75-5.25μm；椭圆空气孔(14)的短轴a和长轴b分别为3μm和7μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：所述D型光子晶体光纤(4)的包层材料为熔融石英，其折射率由Sellmeier公式定义。
4.根据权利要求1所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：所述温敏材料(9)是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，PDMS材料的折射率随温度而改变，折射率由阿贝折射仪测量。
5.一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其特征在于：采用堆叠-拉丝技术制备光子晶体光纤，然后在V型槽中进行抛磨加工成D型光子晶体光纤，利用磁控溅射镀膜方法可以得到所述的涂覆Ag和Ta2O5薄膜的D型光子晶体光纤；
所述的堆叠-拉丝技术为：首先对石英套管进行预处理，在超净环境下按照参数拉制毛细管，拉制温度为1900℃-2000℃，之后对毛细管两端用氢氧焰进行拉锥封孔，在石英套管中将毛细管按照设计要求堆积形成所需的结构，用纯石英棒对空隙进行填充，利用氧炔火焰将石英套管与毛细管烧结在一起，在拉丝塔上使用两次拉丝技术制成光子晶体光纤；
所述的一种基于SPR的D型光子晶体光纤温度传感装置及方法，其传输路径如下：所述宽带光源(1)经过偏振器(2)变成y偏振光，通过传输到变温箱(3)中的D型光子晶体光纤(4)，由D型光子晶体光纤(4)输出到单模光纤(5)，输入至光谱分析仪(6)，光谱分析仪(6)的输出端连接计算机(7)，其特征在于：
所述Ag和Ta2O5薄膜表面激发的等离子体波波矢与入射光场的波矢在特定的波长范围内达到相位匹配，发生耦合，出现共振损耗峰；表面等离子体共振(SPR)对介质环境十分敏感，温度的变化会导致PDMS折射率RI的变化，折射率RI变化会使共振条件发生变化，导致共振损耗峰发生明显变化，可以实现高灵敏度、实时性探测。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113049138A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-29 | 东北大学 | 一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法 |
| CN113405991A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 燕山大学 | 双通道同步检测的光子晶体光纤传感器 |
| CN113466760A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-10-01 | 东北大学秦皇岛分校 | 温度自参考的光子晶体光纤表面等离子体共振磁场传感器 |
| CN113483793A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-10-08 | 桂林电子科技大学 | 一种基于双偏振d型光子晶体光纤双参量spr传感器 |
| CN113959582A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-21 | 南京信息工程大学 | 一种镜像型一维光子晶体模型的温度传感的测量方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105371981A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-02 | 大连理工大学 | 内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器 |
| CN109029778A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-18 | 辽宁省计量科学研究院 | 一种基于表面等离子体共振的温度测量装置及方法 |
| CN110108384A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 东北大学 | 基于空芯光纤表面等离子共振的在纤式温度传感器及检测方法 |
| CN110441257A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-11-12 | 南京邮电大学 | 基于光子晶体光纤的生物双参量传感器 |
| CN110823841A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 桂林电子科技大学 | 基于磁光效应的d型光子晶体光纤多参量spr传感器 |
| US10725373B1 (en) * | 2016-10-21 | 2020-07-28 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Nano-patterning methods including: (1) patterning of nanophotonic structures at optical fiber tip for refractive index sensing and (2) plasmonic crystal incorporating graphene oxide gas sensor for detection of volatile organic compounds |
| CN111521582A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-08-11 | 桂林电子科技大学 | 一种近红外波段双d型光子晶体光纤spr传感器 |
-
2020
- 2020-11-19 CN CN202011302617.0A patent/CN112432715B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105371981A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-02 | 大连理工大学 | 内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器 |
| US10725373B1 (en) * | 2016-10-21 | 2020-07-28 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Nano-patterning methods including: (1) patterning of nanophotonic structures at optical fiber tip for refractive index sensing and (2) plasmonic crystal incorporating graphene oxide gas sensor for detection of volatile organic compounds |
| CN109029778A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-18 | 辽宁省计量科学研究院 | 一种基于表面等离子体共振的温度测量装置及方法 |
| CN110108384A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 东北大学 | 基于空芯光纤表面等离子共振的在纤式温度传感器及检测方法 |
| CN110441257A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-11-12 | 南京邮电大学 | 基于光子晶体光纤的生物双参量传感器 |
| CN110823841A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 桂林电子科技大学 | 基于磁光效应的d型光子晶体光纤多参量spr传感器 |
| CN111521582A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-08-11 | 桂林电子科技大学 | 一种近红外波段双d型光子晶体光纤spr传感器 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| ZONGDA ZHU: "Surface-plasmon-resonance-based optical-fiber temperature sensor with high sensitivity and high figure of merit", 《OPTICS LETTERS》 * |
| 吴倩等: "基于光子晶体光纤交叉敏感分离的磁场温度传感研究", 《物理学报》 * |
| 施伟华等: "基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器", 《物理学报》 * |
| 曾维友等: "高灵敏光子晶体光纤温度传感器的特性分析", 《光通信研究》 * |
| 陆颖等: "新型光子晶体光纤传感器的基础研究", 《科技资讯》 * |
| 魏勇等: "基于表面等离子体共振的光纤温度传感器", 《中国激光》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113049138A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-29 | 东北大学 | 一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法 |
| CN113049138B (zh) * | 2021-03-19 | 2021-12-14 | 东北大学 | 一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法 |
| CN113466760A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-10-01 | 东北大学秦皇岛分校 | 温度自参考的光子晶体光纤表面等离子体共振磁场传感器 |
| CN113405991A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 燕山大学 | 双通道同步检测的光子晶体光纤传感器 |
| CN113483793A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-10-08 | 桂林电子科技大学 | 一种基于双偏振d型光子晶体光纤双参量spr传感器 |
| CN113959582A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-21 | 南京信息工程大学 | 一种镜像型一维光子晶体模型的温度传感的测量方法 |
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