表面等离子体共振倾斜光纤光栅折射率传感与解调新方法研究

发布时间：2017-11-26 02:27

  本文关键词：表面等离子体共振倾斜光纤光栅折射率传感与解调新方法研究

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【摘要】：倾斜布拉格光纤光栅(TFBG)能够将纤芯模耦合到包层模中。镀金TFBG传感器能够明显地激发出表面等离子体共振(SPR)。这一结论在实验中已得到证实。该传感器提供了一个精细的梳状窄带共振的透射光谱,与表面等离子体广泛的吸收谱重合,从而获得了一个独特的可用以测量等离子体微小变化的工具。与外界环境接触的金属膜层对环境折射率(SRI)变化具有非常高的灵敏度。同时,幅度调制法测量SRI比波长调制法更直观和简便。它为生物量测量提供了一种更可靠的方法。实验结果表明,对不同浓度的蔗糖溶液(具有不同折射率,范围从1.3330到1.3410)进行波长偏移和对应的幅度变化的测量,得出波长调制灵敏度480nm/RIU,幅度调制灵敏度2040dB/RIU。超薄纳米镀金TFBG传感器既能激发明显的SPR共振的同时又能产生很强的倏逝场,从而可以用于测量“面”折射率(surface RI)和“体”折射率(bulk RI),并且在测量实验中得到证明。超薄纳米镀金膜厚度精确控制在32~36 nm(远小于传统激发SPR的厚度46~55 nm)。该传感器的透射光谱同样是一个精细的梳状的窄带梳状谱,能够高精度地测量表面折射率的变化(基于SPR)。同时,超薄膜能使部分高阶包层模成为泄漏模式,这对体折射率有较大的敏感性,因此可以运用截止模(cut-off模)来测量体折射率变化。实验结果表明,随着外界折射率的增大或减小,SPR标定模和截止模的幅度变化是相反的,故可以通过差分方式处理数据而大大提高了传感器的灵敏度。实验中使用不同折射率的蔗糖溶液,范围从1.3328到1.3415,采用差分处理得到该传感器的幅度灵敏度~8100 dB/RIU,其检测极限为~10-5 RIU。结合纳米镀金TFBG-SPR传感器提出了一种全新的电化学表面等离子体共振光纤原位式电活性生物膜检测技术。该传感器采用商用的单模光纤在纤芯里刻写上TFBG并且镀上纳米金薄膜,它能高效地激发出产生SPR。光纤表面的SPR幅度变化和波长漂移能够清晰地反映出电活性生物膜(EAB)上生物细菌的电化学活性,该生物细菌附着在光纤表面(靠近光纤导电金膜电极-环境介质分界面附近)。这种测量不同于传统的对应于“体”折射率的电化学测量,即所测量的是与“面”折射率相对应的光纤表面生物膜电活性。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O53;TP212

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本文编号：1228256