角度调制型表面等离子体共振谱仪研究

发布时间：2017-09-29 10:43

  本文关键词：角度调制型表面等离子体共振谱仪研究

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【摘要】：表面等离子体共振技术(SPR)是生化传感器的重要方向,其具有灵敏度高、无需分离纯化、抗电磁干扰等优点,因此SPR技术在各个领域得到广泛应用。本文研究一种角度调制型表面等离子体共振谱仪；通过理论和实验分析,本文完成系统优化改进工作,激光的功率稳定性对测量结果的精度影响较大,因此系统增加激光功率测量通道来修正测量结果；其次本文分析对比三角型棱镜和半圆柱型棱镜,得出半圆柱型棱镜更适合本系统；最后根据系统结构建立合理的理论模型,通过数值模拟得出最佳铬膜厚度为3nm,最佳金膜厚度为44nm,最终得到待测电介质折射率和共振角的理论关系。本人自行设计PIN前置放大电路模块、半圆柱型蓝宝石棱镜以及LabVIEW软件系统,最后搭建系统完成实验,实验包括激光器稳定性实验、双通道系统稳定性实验、系统标定实验以及重复性测量实验。通过实验,双通道设计将系统功率稳定性提高了一个数量级达0.3%,本文利用不同摩尔浓度葡萄糖水溶液进行系统标定,得出系统折射率和共振角之间的关系,线性拟合系数高达0.99972。然后再利用甘油水溶液进行重复性测量,重复扫描六次,得出六个共振角,利用标定结果得出甘油水溶液折射率,计算其标准差来评估系统的折射率分辨率,系统折射率分辨率达到4×10-6RIU,对比未做优化前系统折射率分辨率提高一个数量级。
【关键词】：SPR 角度调制 双通道 蓝宝石棱镜 折射率测量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 表面等离体共振现象8-9
• 1.2 SPR技术的发展9-12
• 1.2.1 SPR技术发展进程9-10
• 1.2.2 SPR技术发展现状10-12
• 1.3 SPR传感器分类12-14
• 1.3.1 棱镜耦合型SPR传感器12
• 1.3.2 光纤型SPR传感器12-13
• 1.3.3 光栅耦合型SPR传感器13-14
• 1.3.4 集成光波导型SPR传感器14
• 1.4 SPR技术的优势及应用14-15
• 1.5 论文结构和主要内容15-16
• 2 表面等离子体共振谱仪原理16-26
• 2.1 金属表面等离子共振理论16
• 2.2 电磁波在介质中的传播理论16-19
• 2.3 倏逝波与衰减全反射19-20
• 2.4 SPR现象产生条件20-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 光路设计及仿真26-38
• 3.1 光路系统缺陷分析26-27
• 3.2 双通道光路系统27-29
• 3.2.1 He-Ne激光器的功率稳定性27
• 3.2.2 双通道光路系统结构27-28
• 3.2.3 光路系统模块介绍28-29
• 3.3 棱镜结构分析设计29-32
• 3.3.1 棱镜结构对比29-31
• 3.3.2 半圆柱棱镜设计31-32
• 3.3.3 两种棱镜比较32
• 3.4 数值模拟仿真32-37
• 3.4.1 多层Kretchmann结构32-34
• 3.4.2 铬膜三维仿真34-35
• 3.4.3 金膜三维仿真35
• 3.4.4 待测样品折射率与共振角关系仿真35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 硬件和软件设计38-46
• 4.1 硬件设计38-41
• 4.1.1 探测器类型选择38
• 4.1.2 前置放大电路原理38-40
• 4.1.3 本系统前置放大电路设计分析40-41
• 4.2 LabVIEW上位机程序设计41-45
• 4.2.1 LabVIEW程序设计目标41
• 4.2.2 LabVIEW半圆柱转台算法41-42
• 4.2.3 系统稳定性测试LabVIEW程序设计42
• 4.2.4 SPR实验测量LabVIEW程序设计42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 5 实验及系统性能测试46-54
• 5.1 双通道稳定性测量46-48
• 5.1.1 激光器实际稳定性测量46-47
• 5.1.2 双通道稳定性测量47-48
• 5.2 系统实验测量分析48-52
• 5.2.1 系统标定48-51
• 5.2.2 系统重复性测量51-52
• 5.3 系统整体性能分析52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60

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1 刘学聪;角度调制型表面等离子体共振谱仪研究[D];大连理工大学;2015年

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本文编号：941568