Phase modulation and structural effects in a D-shaped all-solid photonic crystal fiber surface plasmon resonance sensor

DOI: 10.1364/OE.22.015049

SPR领域有几种解调方法：角度、波长和相位。采用相位解调时，利用锁相设计，其相位分割可以达到360/0.1，一般认为采用相位解调传感器灵敏度会得到很大的提高。原理类似下面的图片：

同理，这个论断在光纤SPR下也应该成立。长期以来，尽管有很多实验报道，这其中都是默认它存在，但这个事情并不清楚。

在物理上，共振要求参与集体振荡的自由电子要跑在同一相速度。同样，光纤中相速度的定义式为v=c/n，一般来说，随着波长增加，进入包层的电磁场增加，等效折射率neff呈缓慢下降趋势。在共振情况下，表面等离子体波反作用于入射光波，它使得原来跑得快的部分慢下来，原来跑得慢的变得快一些，这使得等效折射率的曲线发生细微变化；随着共振强度增加，其相位变化也变得更加显著，等效折射率的曲线会被扭曲成一个S形。

利用相位的定义式 phi = k_0 Re(n_{eff}) z，就可以得到这个放大的相位变化曲线：

采用不同波长的光，会得到不同的相位变化，但是如果远离了共振区，这个相位变化实际上就不那么有效了。这是我对实验论文的疑惑之处，他用了1.40的折射率匹配液和HeNe激光，按道理说共振区应该跑到700nm以外。这篇文章我看完了后，想了很长时间，他的理论部分我完全无法追踪，只好放下，当我想通了这个S形的物理时，我才发现豁然开朗。当然我非常感谢这篇论文的作者，他提供了一个不错的实验设计：通过调制解调隔绝了光源的噪声；同时这个设计还具有对称结构，能够抵抗外部环境（温度等）的噪声干扰。

此外，还有一篇文章也看到了这个S扭曲，但是它用于双折射零点的分析。因此本文的贡献应该是正确地解释了一个物理现象，并且利用这个现象构造了相位传感器，从而完成从波长解调到相位解调的跨步。其他还有一些常例性的仿真。

这篇文章从我进站第一年开始就看到了这个现象，当时还不知道别人也看到了，当时百思不得其解，甚至于我不报希望地先扔出去试过好几个期刊，被骂的狗血淋头，被审稿人批评是浪费他的时间。直到做完第一篇后才有机会重新捡起来再做，终于在回家的路上想起把它和相位联系起来，这才走上了正确的轨道。

附：

当年刚进领域，不敢造次，为了这篇文章的发表，也是构思良苦，反而令文章冗长难懂。