折射率傳感器
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
折射率傳感器的實例教程
<p class="ql-align-justify">在表面等離子體激元學研究中，金屬納米粒子的光學特性是許多應用的基礎，例如化學和生物醫學傳感、 表面增強光譜、和近場掃描光學顯微鏡。金或銀納米粒子中的電子與入射光場相互作用時產生局域表面等離子體共振 (LSPR)。這種 LSPR 現象強烈依賴于納米結構的尺寸、形狀和周圍介電環境。特別是后者 的依賴性開辟了一條折射率傳感的道路，對于一定的折射率變化，LSPR現象將導致較大的光譜偏移，從而可以檢測介電環境微小的變化。在實際應用中，金屬納米結構的損失是不可避免的。 為了實現低損耗器件，人們通過優化結構幾何形狀和使用增益材料來降低損耗。超材料是共振金屬納米結構，其晶胞遠小于光的工作波長，通過正確設計超材料中的電磁響應，可以實現完美的吸收。一般來說，在實際應用中，理想的吸收體對入射角和光的偏振不敏感。</p><p class="ql-align-justify">我們的傳感器方案提出了潛在的折射率傳感器平臺，其中局域表面等離子體共振傳感基于簡單的反射率測量，只需使用單波長光源就可完成。圖 1 展示了吸收體傳感器結構的幾何形狀。它由兩個功能層組成：最上層是金納米盤陣列，最下層是金鏡，這兩層由 MgF2 電介質隔開。該結構設計為在垂直入射時在 x 和 y 方向上與偏振無關。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/f60824320abb41ac838d27131f57563b~noop.image?
展開 026 – FDTD超表面折射率傳感器（僅模型文件，120元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在物理學報上的論文《X-兩環結構的光學特性研究，作者：潘庭婷等》，用Lumerical FDTD重復了其中的所有內容（共24張圖） ；
基于Lumerical FDTD Solution求解，使用的軟件版本為Lumerical 2018a；
計算所需的內存：2 GB；
涉及的內容：在Sructure group中自己編寫腳本構建復雜結構、自定義網格、透射率監視器、在Analysis分析組中自己編寫腳本計算2D電荷分布、參數掃描、在Script Editor中自己編寫腳本畫組合圖 等；
繪制了：不同結構參數的透射率、不同結構參數的電場分布、電荷分布、當該結構用作傳感器時的靈敏度（共24張圖）；
本案例僅包含模型文件，但有一個如何運行的簡單說明，購買后不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，由 Au 材料制成的超表面放置在SiO2襯底上。圖中 ，外環內直徑 R2= 260 nm、內環內直徑 R1= 180 nm，X的臂長 L= 120 nm、角度 θ = 90°，內外環及X的寬度均為 20 nm、厚度 H 均為60 nm、兩環之間的距離 = 20 nm，周期 P = 400 nm。
本文模擬過程中采用Drude模型，可以表示為：
利用 FDTD 方法建立模型，采用波長范圍為 400 ~ 3000 nm 的平面波，沿 z 方向向下垂直入射金屬表面，偏振方向沿 x 方向。x和y方向上設置成周期邊界條件(periodic)，z 方向設置為吸收邊界條件(PML)。
展開 折射率是食用油品質的一項重要指標。油品的混合濃度、油品是否摻假可以通過其折射率之間的差別來進行有效的甄別。特別是在鑒別食用油品質及地溝油時。不同種類的食用油折射率有所差別, 同一種油不同產品之間由于含水量和雜質的不同, 其折射率也有很大的差別。摻假的油類或地溝油與同種類正常油品的成分有明顯的不同, 有時在色澤上也有很大的變化 其折射率更會有所不同。
為測量食用油折射率，基于泰曼-格林干涉儀，在室溫20℃、光源波長632.8 nm條件下，通過面陣CCD相機拍照獲取食用油的干涉條紋圖像，并利用圖像處理技術，快速測量出不同食用油樣品干涉條紋的移動量，進而求得其折射率。為提高檢測效率關于測量食品的折射率儀器工采網推薦使用加拿大FISO 光纖折射率傳感器 - FRI。
FRI是一種光纖折射率傳感器，作為一種小型傳感器，FRI可以提供在線折射率測量，同時使用它可以持續對任何過程進行監控，不管這種過程是工業過程還是食品工程的化學過程，這樣就排除了人工采樣和測量一致性的問題。此外，FRI傳感器還可在不同的溫度、EMI和其他條件變化的環境下正常工作。在任何涉及流體化學和流體質量控制的應用中，包括冷卻系統，上述研發部門的工程師們可能需要通過在一段時間內，監控具體特性的性能來改善過程和產品技術。而在運行、過程、制造過程或產品的整個生命周期，特定的產品性能變化將在折射率上表現出來。
FRI光纖折射率傳感器是測量工業、化學和食品加工過程中流體折射率的理想產品。它們也常被用來測量油濃度比例。對于儀器行業的工程師而言，這種經現場驗證的解決方案無疑是一種寶貴的資產。FRI光纖折射率傳感器為業內現有應用提供了更好更可靠的折射率測量，同時，該傳感器也具備惡劣條件下持續在線監控流體折射率的新擴展能力。
展開 FRI是一種光纖折射率傳感器，為業內現有應用提供了更好更可靠的折射率測量，同時，該傳感器也具備惡劣條件下持續在線監控流體折射率的新擴展能力。此類傳感器是測量工業、化學和食品加工過程中流體折射率的理想產品。它們也常被用來測量油濃度比例。對于儀器行業的工程師而言，這種經現場驗證的解決方案無疑是一種寶貴的資產。
工采網的一款加拿大FISO光纖折射率傳感器- FRI基于沖液Fabry-Perot光學腔體的長度變化，以精確測定流體的折射率。沖液Fabry-Perot光學腔體的長度與流體樣品的折射率呈正比。因此，采用白光干涉技術測量Fabry-Perot腔體長度，即可測定折射率。我們能夠提供兩種FRI光纖折射率傳感器型號: FRI-BA 和FRI-NP。前者為小型迷你封裝，后者為堅固的不銹鋼封裝，適合工業領域的應用。
此外，FRI傳感器還可在不同的溫度、EMI和其他條件變化的環境下正常工作。在任何涉及流體化學和流體質量控制的應用中，包括冷卻系統，上述研發部門的工程師們可能需要通過在一段時間內，監控具體特性的性能來改善過程和產品技術。而在運行過程、制造過程或產品的整個生命周期，特定的產品性能變化將在折射率上表現出來。使用FRI折射率傳感器，可在挑戰惡劣環境中對目標展開全面的折射率分析。即使在惡劣的溫度、EMI、濕度環境和多變的簡易標定情況下，光纖信號調理器依然具備測量折射率的能力。
展開 近期，Xu等科研人員在《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》發表的研究成果，為這一難題提供了創新解決方案——一種基于梯度折射率（GRIN）透鏡并輔以互補錐結構的邊緣耦合器 ，實現了標準單模光纖（SMF）與硅波導的低損耗、寬帶寬、偏振不敏感耦合，同時顯著簡化了制造工藝，為硅基光子芯片的實用化進程提供了重要支撐。
硅光子耦合技術的現狀與挑戰
硅基光子芯片憑借低延遲、高傳輸速率等優勢，成為5G、云計算等領域的核心載體。然而，硅材料無法集成片上光源，需通過外部光纖與片上波導耦合實現光信號傳輸。目前主流的耦合方式中，光柵耦合存在損耗高、偏振敏感等局限；傳統邊緣耦合雖性能更優，但在適配標準單模光纖（SMF，模場直徑10.4μm）時，常因模場失配導致損耗增加，且復雜結構（如多層、3Dtaper）加劇了制造難度。
基于漸變折射率（GRIN）透鏡的邊緣耦合器因工藝穩定、偏振不敏感等特性被寄予厚望，但傳統設計需數十層交替材料，如Loh 等人設計的邊緣耦合器需要40對Si-SiO?交替層，Lim 等人的設計需要20層以上，這無疑增加了制造復雜性和成本。如何在簡化結構的同時保持高性能，成為該領域的核心挑戰。
創新設計：GRIN透鏡與互補錐結構的協同優化
（一）整體結構：兩層協同實現高效模場轉換
該耦合器基于標準SOI晶圓（BOX厚度3μm，頂層硅220nm），由GRIN透鏡與互補錐結構組成，如圖1所示。GRIN透鏡含5層SiON薄膜，折射率自上至下遞增，將SMF的10.4μm模場垂直壓縮至3.5μm并聚焦于底層；互補錐結構由SiON錐與Si逆錐構成，進一步壓縮模場至硅波導尺寸，實現高效匹配。
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糧食含水率檢測傳感器是一種專門用于測量糧食中水分含量的精密儀器，其核心功能在于通過特定的技術原理，快速、準確地獲取糧食的水分數據，為糧食的儲存、加工及貿易提供重要依據。
糧食含水率檢測傳感器主要基于電容式、電阻式或微波式等原理進行工作。電容式傳感器通過測量糧食與傳感器之間形成的電容變化來推算水分含量，其優點在于測量快速、非破壞性，但對糧食的密度和溫度有一定要求。電阻式傳感器則是利用糧食水分對電阻的影響來測量
在硅光子技術快速發展的背景下，光纖與芯片波導的高效耦合始終是制約系統性能提升的關鍵瓶頸。近期，Xu等科研人員在《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》發表的研究成果，為這一難題提供了創新解決方案——一種基于梯度折射率（GRIN）透鏡并輔以互補錐結構的邊緣耦合器 ，實現了標準單模光纖（SMF）與硅波導的低損耗、寬帶寬、偏振不敏感耦合，同時顯著簡化了制造工藝，為硅基光子芯片的實用化進程提供了重要支撐
折射率生物傳感器的靈敏度S定義為Δf/Δn，其中Δf是將分析物置于超表面上時的共振頻率偏移，Δn 表示模擬分析物的折射率。準BIC模式的電磁能量集中在諧振器的邊緣，而本征模式的電磁能量位于諧振器中間的連接處（圖6）。
</p><p class="ql-align-justify">我們的傳感器方案提出了潛在的折射率傳感器平臺，其中局域表面等離子體共振傳感基于簡單的反射率測量，只需使用單波長光源就可完成。圖 1 展示了吸收體傳感器結構的幾何形狀。它由兩個功能層組成：最上層是金納米盤陣列，最下層是金鏡，這兩層由 MgF2 電介質隔開。該結構設計為在垂直入射時在 x 和 y 方向上與偏振無關。
工采網的一款加拿大FISO光纖折射率傳感器- FRI基于沖液Fabry-Perot光學腔體的長度變化，以精確測定流體的折射率。沖液Fabry-Perot光學腔體的長度與流體樣品的折射率呈正比。因此，采用白光干涉技術測量Fabry-Perot腔體長度，即可測定折射率。我們能夠提供兩種FRI光纖折射率傳感器型號: FRI-BA 和FRI-NP。
另一方面FISO的光纖溫度、壓力、應變、折射率和位移傳感器都不受RF和微波輻射干擾，同時它們還具備耐高溫、本安和無F擾的特點。由于各傳感器均被分配了七位儀表系數，故FT1-10調節器能夠自動識別傳感器類型，這將減少用戶的測試設置時間。
冷卻塔 (The cooling tower)是用水作為循環冷卻劑，從一系統中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷是利用水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產生蒸汽，蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業上或制冷空調中產生的余熱來降低水溫的蒸發散熱裝置，以保證系統的正常運行，裝置一般為桶狀，故名為冷卻塔。
冷卻塔被廣泛用于工業部門，用于轉移冷卻回路中的過程熱量
026 – FDTD超表面折射率傳感器（僅模型文件，120元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在物理學報上的論文《X-兩環結構的光學特性研究，作者：潘庭婷等》，用Lumerical FDTD重復了其中的所有內容（共24張圖） ；
基于Lumerical FDTD Solution求解，使用的軟件版本為Lumerical 2018a；
計算所需的內存：2
FRI光纖折射率傳感器是測量工業、化學和食品加工過程中流體折射率的理想產品。它們也常被用來測量油濃度比例。對于儀器行業的工程師而言，這種經現場驗證的解決方案無疑是一種寶貴的資產。FRI光纖折射率傳感器為業內現有應用提供了更好更可靠的折射率測量，同時，該傳感器也具備惡劣條件下持續在線監控流體折射率的新擴展能力。我們能夠提供兩種FRI光纖折射率傳感器型號：FRI-BA 和 FRI-NP。
該腳本程序含有自定義表格，可方便用戶進行階躍折射率光纖特性分析。（友好的自定義模型）
用戶輸入纖芯直徑、數值孔徑等光纖參數，可計算模式半徑、模場面積及有效折射率。同時，也可繪制強度分布等圖形。
