研究目的
提出并研究一种基于锥形无包层光纤结构的高灵敏度折射率传感器，特别适用于生物传感应用中低周围折射率范围的情况。
研究成果
锥形SNS光纤传感器展现出高折射率灵敏度，尤其在低SRI范围内表现突出，在纤芯直径为13微米时达到最大灵敏度686纳米/折射率单位。研究表明纤芯直径是影响灵敏度的关键因素，而长度影响甚微。该传感器因其结构简单、灵敏度高且稳定性强，在生物传感领域极具应用前景，通过表面涂层处理还可进一步提升性能。
研究不足
该传感器在SRI范围低于1.367时灵敏度较低，需要极小的腰部直径（低于30微米）才能实现高灵敏度，这可能增加制造难度。本研究仅限于尿素溶液和室温条件，未探究其他液体或环境因素可能产生的变化。虽然建议通过功能材料涂层来提高灵敏度，但本工作未实施这一方案。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用基于标量亥姆霍兹方程的束传播法（BPM）进行理论模拟，以建模光场和传输光谱，并通过实验制备具有锥形结构的单模无包层单模（SNS）光纤以减小纤芯直径。其原理基于多模干涉实现折射率传感。
2：样品选择与数据来源：
制备了六种NCF（Fud-3582，Nufern）材质的SNS光纤传感器，长度为2厘米，锥腰直径分别为13微米、20微米、30微米、40微米、80微米和125微米。使用不同浓度（0.2至8 M/mL）的尿素溶液作为已知折射率（1.334至1.399）的样品。
3：2至8 M/mL）的尿素溶液作为已知折射率（334至399）的样品。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括用于锥形加工的CO?激光熔接机（LZM-100，藤仓）、宽带光源（BBS）、光谱分析仪（OSA，AQ6370，横河）、用于溶液封装的PMMA槽装置及光纤校直夹具。材料包括单模光纤（SMF-28，康宁）、无包层光纤（NCF，Fud-3582，Nufern）及尿素溶液。
4：实验流程与操作步骤：
去除涂覆层后将NCF熔接在两根单模光纤之间形成SNS结构；使用CO?激光器对NCF进行锥形加工以达到目标纤芯直径；搭建包含宽带光源和光谱分析仪的实验系统；将锥形部分浸入不同浓度的尿素溶液中；记录各溶液的传输光谱；利用MATLAB处理数据以确定凹陷波长。
5：数据分析方法：
分析传输光谱以观察凹陷波长的偏移；对不同纤芯直径的凹陷波长偏移量与样品折射率进行线性拟合；计算灵敏度（单位nm/RIU）及R2值以评估准确性。
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CO2 laser splicing machine
LZM-100
Fujikura
Used for tapering the no cladding fiber to achieve desired waist diameters in the sensor fabrication process.
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Optical spectrum analyzer
AQ6370
Yokogawa
Used to measure and analyze the transmission spectra of the fiber sensor for detecting wavelength shifts.
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Single-mode fiber
SMF-28
Corning
Used as the input and output fibers in the SNS structure for light propagation.
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Broadband light source
BBS
Provides light input for the fiber sensor system to generate transmission spectra.
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No cladding fiber
Fud-3582
Nufern
Serves as the sensing element in the SNS structure, where tapering enhances sensitivity to surrounding refractive index.
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