以光源发射光谱和逆反射材料光谱反射率曲线为基础, 通过数据拟合的方式研究了多种光源照射条件下材料逆反射系数的相对关系及其变化趋势。 在已有标准A光源测试系统基础上, 分别测试氙灯、 卤素灯、 不同色温白光LED光源发射光谱和红、 黄、 白、 绿、 蓝五种逆反射材料的光谱反射率曲线, 并通过拟合计算得到同一材料在不同光源照射条件下的相对逆反射系数修正因子。 分析结果表明, 在可见光范围内具有连续光谱反射率曲线分布的白色材料逆反射系数数值受入射光源光谱变化较小, 而单色材料逆反射系数受入射光源光谱差异影响较大, 且呈现不同的变化趋势: 以卤素光源入射条件下材料逆反射系数测试结果为基础值, 不同色温的白光LED、 氙灯光源对红色和黄色材料逆反射系数具有正增益效果, 且随着光源色温的升高, 红色和黄色材料逆反射系数呈下降趋势, 降幅最高分别达到47.7%和4.9%； 绿色和蓝色材料逆反射系数呈上升趋势, 涨幅最高达到16.5%和28.9%。

为提高光纤传感器的灵敏度和检测精度,达到精确测量的目的。基于表面等离子体共振(SPR)理论及TFCalc软件,仿真研究光纤表面等离子体共振传感器的反射光谱特性,考查待测介质折射率在一定范围内变化对反射光谱特性的影响。研究结果表明,当入射角一定时,表面等离子体共振的最佳膜厚随待测介质折射率的减小而减小;当膜厚和入射角度不变时,表面等离子体共振波长随待测介质折射率的减小向短波长方向移动。共振吸收峰随待测介质折射率的减小移动的距离越小,且逐渐变窄,传感器的灵敏度逐渐提高。

为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的抗氧化能力,可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和Au-Ag复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明:光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度,当Ag膜厚度由40 nm逐渐增加到80 nm时,共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小,且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小,共振波长变化范围较小,仅为7 nm左右;Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大,不同厚度Au-Ag复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大。

为研究表面等离子体共振技术在油井产液剖面持率参数测试方面的潜在应用,采用磁控溅射方法在三棱镜底面沉积不同厚度的金膜,制作Kretschman型表面等离子共振传感元件,对不同体积浓度的油水折射率进行测定。实验结果表明,对于折射率相同的三棱镜,沉积的金膜厚度越大,共振吸收峰越弱。表面等离子体共振峰位对不同体积浓度的油水介质很敏感,介质体积浓度由低到高变大时,表面等离子体共振吸收峰向右平移,共振角逐渐增大。实验表明,表面等离子体共振传感测试技术对不同浓度油水介质的折射率变化非常敏感,能够用其进行流体持率的测量。

为了考查光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,基于单层膜表面Snell反射公式,利用MatLab软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,系统考查金膜厚度、待测介质介电常数以及入射到纤芯-金膜界面的入射角对反射光谱特性的影响。仿真结果表明:光纤SPR的共振波长随金膜厚度的增大而增大,随外界介质介电常数的增大而减小;随着入射角的增大,共振吸收峰半峰宽逐渐增大,共振峰处的反射率最小值逐渐变小,传感灵敏度降低。

为了掌握影响激发表面等离子体共振(SPR)现象的因素,文中以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,金膜厚度、待测介质折射率以及三棱镜类型对表面等离子体共振吸收峰位变化的影响,得出了最佳膜厚以及影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随共振角度变化的规律,为SPR传感器的设计与优化提供理论指导。