基于空芯金属包覆波导的浮游植物的检测研究

发布时间：2017-06-13 10:03

  本文关键词：基于空芯金属包覆波导的浮游植物的检测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于光波导的基础理论讨论介质平板波导,通过边界条件和Maxwell方程等理论推导出介质平板波导的色散方程及其各种光学特性。再由介质平板波导讨论了空芯金属包覆波导的特性,然后对于其作为传感器时进行了理论分析,重点讨论空芯金属包覆波导的灵敏度以及利用高灵敏度特性制作的传感器器件。利用空芯金属包覆波导建立的传感器,由于波导的上下层金属一般为贵金属金或者银,由于贵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存在的范围大。利用空芯金属包覆波导制备的传感器,把样品放入检测腔中进行检测,通过利用软件建立空芯金属包覆波导结构模拟得到ATR谱图,然后进行分析就可以得出检测腔中的浓度变化。ATR谱图的变化与波导中的折射率变化有直接的关系,物质折射率的变化随着物质的变化而变化,两者存在着密切的关系,所以可以导出ATR谱图与物质变化有直接表征的关系。在理论推导中可知,覆盖和衬底的贵金属金或者银的介电常数是一个复数形式:实部代表物质本征的损耗,虚部代表的是辐射损耗。在ATR图谱中的耦合角发生水平移动代表着实部发生变化;ATR图谱中的衰减全反射峰最低点上下移动是由于虚部发生变化。超高阶导模是一种对环境变化非常灵敏的共振波,特别对环境的折射率和消光系数的变化非常的灵敏,折射率和消光系数都与物质的浓度有着密不可分的关系,物质溶液浓度的改变会引起折射率和消光系数发生改变。在空芯金属包覆波导中,可以利用自由空间耦合技术激发出超高阶导模。通过分析空芯金属包覆波导的结构和性质,可知该波导中激发的超高阶导模可作为传感器,其在灵敏度有明显的优势。由于超高阶导模的衰减全反射吸收峰的位置和minR的变化,直接对应溶液的折射率和消光系数的变化。因此,根据这些数据可以精确测量浮游植物溶液的浓度。利用空芯金属包覆波导中的超高阶导模测量浮游植物溶液的浓度,是一种纯液相,不需要复杂的固相偶联工艺和大型仪器,而且具有极高的灵敏度,在食品安全、环境保护和生命医学等领域都得到了一定应用。
【关键词】：空芯金属包覆波导 吸收系数 高阶导模 浮游植物 小球藻
【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】：Q94-33;TN814;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 现有检测微生物的方法9-11
• 1.2.1 基于浮游植物细胞数量计数的直接测量方法9-10
• 1.2.2 基于叶绿素a浓度测量的间接测量方法10-11
• 1.3 本文的章节安排11-13
• 2 介质平板波导13-24
• 2.1 光波导基础理论知识13-19
• 2.1.1 麦克斯韦方程13-14
• 2.1.2 物质方程14-15
• 2.1.3 波动方程15-16
• 2.1.4 电磁场边界条件16-17
• 2.1.5 坡印亭矢量17-19
• 2.2 介质平板波导19-21
• 2.2.1 平板波导19
• 2.2.2 平板波导的导模19-21
• 2.3 反射率公式与衰减全反射谱（ATR）21-22
• 2.4 表面等离子波22-24
• 3 双面金属包覆波导24-35
• 3.1 非对称金属包覆介质波导24-27
• 3.1.1 单面金属包覆介质波导本征方程24-25
• 3.1.2 单面金属包覆导波性质25-27
• 3.2 双面金属包覆介质波导27-33
• 3.2.1 双面金属包覆波导的模式本征方程和色散性质27-29
• 3.2.2 TM0模和TE1模的色散性质分析29-31
• 3.2.3 TM0模和TM1模的简并31
• 3.2.4 双面金属包覆介质波导的耦合方法31-33
• 3.3 双面金属包覆波导的超高阶导模33-35
• 4 双面金属包覆波导传感器35-44
• 4.0 空芯金属包覆波导传感器结构35-36
• 4.1 双面金属包覆波导传感器原理36-38
• 4.2 灵敏度分析38-40
• 4.3 双面金属包覆波导传感器的制作40-42
• 4.3.1 空芯金属包覆波导的结构搭建40-41
• 4.3.2 空芯金属包覆波导的镀膜过程41-42
• 4.3.4 空芯金属包覆波导传感器检测系统42
• 4.4 空芯包覆波导传感器应用42-44
• 5 利用双面金属空芯包覆波导测量对小球藻吸收系数和浓度的同时测量44-49
• 5.1 测量小球藻浓度和吸收系数的过程44-45
• 5.1.1 测量所需材料44
• 5.1.2 测量实验过程44-45
• 5.2 实验结果的分析45-48
• 5.2.1 采用 650nm激光器的结构分析45-47
• 5.2.2 采用 473nm激光器的结构分析47-48
• 5.3 实验结论48-49
• 6 总结与展望49-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-56
• 在读期间公开发表论文（著）及科研情况56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 秦伯强;;长江中下游湖泊富营养化发生机制与控制对策[J];中国科学院院刊;2007年06期

2 梁鸣;;我国城市湖泊富营养化现状及外源控制技术[J];武汉理工大学学报;2007年08期

3 姚云,沈志良;水域富营养化研究进展[J];海洋科学;2005年02期

4 孙书存,陆健健,张利华;流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用[J];生态学杂志;2000年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈隽;肝毒性微囊藻毒素在巢湖和太湖水生动物体内的生物富集及对水产品安全性的潜在威胁[D];中国科学院研究生院（水生生物研究所）;2006年

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本文编号：446249