基于对称金属包覆波导的有毒物质的荧光检测

发布时间：2017-08-14 21:15

  本文关键词：基于对称金属包覆波导的有毒物质的荧光检测

  更多相关文章： 对称金属包覆波导 光场增强 FDTD 罗丹明B 荧光检测

【摘要】：以平板介质光波导为基础模型,结合麦克斯韦方程组、边界条件等电磁学知识,分析研究了波导中的模式、光的色散以及电磁场在波导中的分布等问题。研究了基于平板介质波导制作而成的对称金属包覆波导的各项性质,分析了对称金属包覆波导作为传感器的理论知识,分析了光场在对称金属包覆波导中激发超高阶导模的过程,以及光场在对称金属包覆波导中的增强效应。使用FDTD软件仿真模拟了光场在对称金属包覆波导中的增强效应。利用对称金属包覆波导制作传感器,由于对称金属包覆波导的上下表面镀的金属膜一般都为黄金、白银或者铝等,而金属的介电常数实部相对于其虚部是一绝对值较大的负数,所以波导的有效折射率可以是非常小的一个数值,使得光在自由空间上就能直接耦合进入波导腔中,光场在对称金属包覆中能激发出一系列的超高阶导模,只有满足导模所对应的色散方程的光才能在波导腔中传播。通过软件模拟对称金属包覆波导结构得到全反射吸收(ATR)谱图,当谱线处在最低点时意味着反射光最小,耦合进入波导中的光能最大,光在波导腔中的增强效应最强。使用FDTD软件验证对称金属包覆波导对进入其中的光场的增强效应,由于计算机内存的限制,设置的结构是一个几十微米尺度的等比例缩小的对称金属包覆波导结构模型。当光强为1的入射光在特定波长以特定角度照射在对称金属包覆波导上表面时,得出的仿真结构显示光强最大能增强8倍。基于对称金属包覆波导对光场的增强效应可以用于检测一些能够被激发出荧光的物质,并通过相关的计算得出被检测物质的浓度。使用上述方法对罗丹明B溶液的浓度进行了相关的检测,实验结果显示使用该方法对罗丹明B溶液的检测浓度最低达到了19.3ng/mL,远远低于其他的检测方法,并且检测的时间极短,操作十分简便。样品的需求量也很小,避免了由于样品取样不足而达不到检测要求的问题。该方法对其他能激发出荧光的溶液都适用,例如亚甲基蓝溶液等等。基于对称金属包覆波导的有毒物质荧光检测方法具有检测浓度极限低,现象明显,检测用时短,检测操作简便,所需成本低,样品需求量少等优点。可以应用于对大部分能激发荧光的有毒物质的检测,为食品检测,水质检测等领域提供了一种新的检测方法,具有很大的研究意义和实用性。
【关键词】：对称金属包覆波导 光场增强 FDTD 罗丹明B 荧光检测
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN814;TP212;O657.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-9
• 1 有毒物质检测方法9-12
• 1.1 液相色谱紫外检测法9-10
• 1.2 液相色谱串联质谱检测法10
• 1.3 竞争性酶联免疫法10
• 1.4 液相色谱荧光检测法10-11
• 1.5 本文主要章节安排11-12
• 2 介质波导的理论分析12-22
• 2.1 介质平板波导12-15
• 2.1.1 介质平板波导模式的分析12-13
• 2.1.2 介质平板波导的导模分析13-15
• 2.2 介质平板波导的电磁特性和波动方程15-20
• 2.2.1 波动方程15-17
• 2.2.3 导模的电磁场的分布17-20
• 2.3 波导系统的反射率公式20-22
• 3 表面等离子波22-29
• 3.1 波在导体中的传播23-24
• 3.2 金属与介质界面上的表面等离子波24-26
• 3.3 表面等离子波的激发26-28
• 3.4 场增强效应28-29
• 4 金属包覆波导29-47
• 4.1 单面金属包覆包覆波导29-31
• 4.2 对称金属包覆波导31-33
• 4.3 对称金属包覆波导的自由空间耦合技术33-36
• 4.3.1 棱镜耦合33-34
• 4.3.2 光栅耦合34-35
• 4.3.3 自由空间耦合35-36
• 4.4 对称金属包覆波导的超高阶导模36-37
• 4.5 对称金属包覆波导的应用37-41
• 4.5.1 溶液浓度传感器38-39
• 4.5.2 位移传感器39
• 4.5.3 泄漏波导传感器39-40
• 4.5.4 光波导滤波器40-41
• 4.6 对称金属包覆波导的制备41-43
• 4.6.1 加热蒸发镀膜法41-42
• 4.6.2 射频溅射镀膜法42-43
• 4.7 对称金属包覆波导对电场的增强的仿真模拟43-47
• 4.7.1 时域有限差分法43-44
• 4.7.2 对称金属包覆波导进行仿真模拟44-47
• 5 基于对称金属包覆波导的有毒物质荧光检测47-53
• 5.1 罗丹明B的检测47-51
• 5.2 亚甲基蓝的检测51-53
• 总结与展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-61
• 在读期间公开发表论文（著）及科研情况61

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本文编号：674735