78、纳米线在光纤传感器灵敏度研究中的应用与分析

纳米线在光纤传感器灵敏度研究中的应用与分析

1. 引言

纳米线在光学传感器和生物传感器领域得到了广泛应用。硅纳米线（SiNW）凭借其独特的机械、电气和光学特性，成为检测生物和化学物质的有前途的传感纳米材料。其高的表面积与体积比，使其在超灵敏传感器的开发中备受关注，能够实现对目标物质的快速检测响应。同时，尺寸在约1 - 100纳米范围内的硅纳米线，与生物和化学物质的尺寸相匹配，电荷积累直接发生在材料内部，促进了电子转移，提高了检测效率。

基于消逝场的光纤传感器在传感应用中具有显著优势，如高灵敏度、快速响应、抗电磁场干扰以及在检测易燃和易爆材料时的安全性。随着工程技术在各个领域的快速发展，工程、生物学、化学和光子学的融合为开发具有亚波长或纳米结构的光学传感器提供了新的机遇。近年来，亚波长直径的二氧化硅纳米线在可见光和近红外光谱范围内表现出优异的性能，其均匀的直径和原子级的侧壁光滑度，使得光能够以低损耗传输，并且对周围介质的折射率变化敏感。

2. 硅和InAs纳米线的模态分析

平面波导是最简单的光纤类型。为了确定在z方向传播的主导模式，可以考虑不同特定角度的平面波，这些平面波通过建设性干涉形成沿波导的波模式。图1展示了m = 1, 2, 3时的光线示例以及x方向的电场分布。其中，m表示横向电场（TE）模式的阶数，对应于横向电场模式中的零点数量。

当光被描述为辐射时，它由周期性变化的电场E和磁通量H组成，且两者相互垂直。根据电场和磁通量与传播方向的关系，可将模式分为横向电场（TE）模式（EZ = 0，H的一部分在传播方向上）、横向磁场（TM）模式（HZ = 0，E的一部分在传播方向上）和横向电磁（TEM）模式（EZ = HZ = 0）。不过，T