棱镜耦合型表面等离子体共振传感特性研究

发布时间：2017-07-06 14:08

  本文关键词：棱镜耦合型表面等离子体共振传感特性研究

  更多相关文章： 表面等离子体共振 反向表面等离子体共振 反射谱 传感特性

【摘要】：表面等离子体共振现象自1902年在实验被发现以来,吸引了众多学者的研究兴趣,在理论研究和应用研究方面都获得快速发展,随着近30年微纳加工技术的突破性进展,国内外对基于表面等离子体共振原理的各种技术应用掀起了研究热潮,其中,基于表面等离子体共振原理的传感器技术研究倍受关注,由于其灵敏度高、免标记、可快速检测等突出优点,在医药工程,食品安全检测、环境监测等众多领域得到深入研究和快速发展。全文的研究工作主要为:首先,研究了表面等离子体共振的理论基础和激发条件,利用薄膜理论给出反射谱的计算方法,研究了发生表面等离子体共振时对反射谱的影响,分析了表面等离子共振传感器的调制方式和性能指标,利用仿真软件Comsol对表面等离子体共振的产生及特性进行了模拟研究。其次,具体分析了棱镜耦合型表面等离子体共振传感器系统中不同光源、棱镜、金属膜等对传感器性能指标的影响,对表面等离子体共振传感器的设计和应用做出了具有针对性指导意义的工作。接着,设计了可用于湿度检测的表面等离子体共振传感器,利用具有较高感湿能力的多孔陶瓷SiO2作为传感器感湿层,并对设计的传感器结构进行优化,获得较高的湿度检测灵敏度,并具有良好的线性检测关系。最后,在表面等离子体共振的基础上研究了反向表面等离子共振现象,提出了新型的基于聚合物棱镜的反向表面等离子共振传感器,并把检测光源由可见光扩展到近红外区域,研究表明,反向表面等离子共振传感器在检测分辨率,动态检测范围以及信噪比方面具有独特的检测优势。
【关键词】：表面等离子体共振 反向表面等离子体共振 反射谱 传感特性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 选题背景和研究意义9-10
• 1.2 表面等离子共振传感器的研究现状10-15
• 1.2.1 SPR传感器的应用研究11-12
• 1.2.2 SPR传感器的结构研究12-15
• 1.3 表面等离子共振传感器的发展趋势15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 表面等离子体共振的理论研究及传感机理17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 表面等离子体共振的理论研究17-27
• 2.2.1 表面等离子体17-21
• 2.2.2 倏逝波21-22
• 2.2.3 P偏振光和S偏振光22-23
• 2.2.4 表面等离子共振的产生23-27
• 2.3 表面等离子体共振传感器的调制形式27-29
• 2.3.1 角度调制27-28
• 2.3.2 波长调制28
• 2.3.3 相位调制28-29
• 2.3.4 强度调制29
• 2.4 表面等离子体传感器的主要参数29-30
• 2.4.1 折射率灵敏度29
• 2.4.2 分辨率29-30
• 2.4.3 动态检测范围30
• 2.5 数值算法30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 棱镜耦合型SPR系统参数研究33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 光源线宽的影响33-34
• 3.3 入射光波长的影响34-35
• 3.4 棱镜折射率的影响35-37
• 3.5 环境介质折射率的影响37-38
• 3.6 金属膜厚度的影响38-39
• 3.7 不同金属的影响39-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第4章 棱镜耦合型SPR传感器在湿度检测中的应用研究41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 结构设计与参数计算41-42
• 4.3 仿真分析及结构优化42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 棱镜耦合型ISPR研究47-61
• 5.1 引言47-48
• 5.2 ISPR现象学解释48-51
• 5.3 基于 2S2G棱镜的新型ISPR传感器51-54
• 5.3.1 ISPR传感器的参数计算52-53
• 5.3.2 结构设计53-54
• 5.4 ISPR传感器性能研究54-60
• 5.4.1 所提出的ISPR与传统ISPR对比54-58
• 5.4.2 ISPR传感器在近红外区域的性能研究58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-69
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果69-70
• 致谢70

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本文编号：526486