1. 研究目的与意义（文献综述）

当光波（电磁波）入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。

表面等离子体共振分为局域型和传导型，局域型的称为lspr，传导型的称为spr，lspr具有检出限低、不必限制入射角和偏振方向、敏感单元体积小至几纳米等优点。在光纤上基于lspr原理制作传感单元，具有高灵敏度、设计灵活性、适用广泛性、响应时间短等优势，这使得新型lspr光纤传感器成为现代科学应用的迫切需求，主要应用于离子检测、环境监测、生化传感等领域。

分辨率和动态范围是光纤spr传感器的两个重要指标，光纤spr传感器的折射率分辨率一般处于10^-5量级，动态范围是1.00-1.40riu. s. w. wang等人提出了一种基于d型单模光纤的外差干涉型spr传感器，该传感器的分辨率为10^-6riu量级。x. m. wang等人提出了一种基于t型结构的光纤spr折射率传感器，t型光纤结构能够有效地激发spr现象，该传感器的的折射率响应范围分为两个部分1.33-1.36riu和1.37-1.40riu，其分辨率分别为7.115*10^-6riu和3.525*10^-6riu.美国研究学者daryoush mortazavi, abbas kouzani, and mahshid kalani于2014发表了关于纳米正弦lspr器件的设计与制造的论文，通过时域有限差分（fdtd）算法设计出灵敏度等性能指标最优的光纤传感器。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

1.了解金属的介电常数模型。

2.理解spr与lspr现象的原理：光纤spr传感原理以光纤上的贵金属传感单元为激励结构，在除去包层的纤芯表面或光纤端面镀上一层金属膜作为spr测量的载体，输出共振光峰值波长随外界环境变化而偏移。入射光经过传感器后部分能量被吸收，在输出光谱中会出现能量吸收凹陷，为共振吸收峰。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解金属的介电常数模型、spr与lspr现象的原理、有限差分算法、本征模式展开法的基本理论；阅读表面等离子体波导、光纤spr传感器的相关文献，完成开题报告；

第4 - 6周：完成英文文献翻译，进一步完善研究目标，掌握fdtd solutions、mode solutions软件的使用方法；

第7 - 9周：完成所选的周期性结构的仿真，给出主要性能参数，对仿真结果进行误差分析，总结结构参数如何影响性能；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] zhao e, jia p, ebendorffheidepriem h, et al. localized surface plasmon resonance sensing structure based on gold nanohole array on beveled fiber edge.[j]. nanotechnology, 2017.

[2] yue jing he. novel d-shape lspr fiber sensor based on nano-metal strips[j]. optics express, 2013, 21(20):23498.1-13.

[3] 王五松, 张利伟, 张冶文. 表面等离子波导及应用[j]. 中国光学, 2015, 8(3):329-339.