介质加载表面等离子体共振传感器基底研究

发布时间：2017-12-24 10:00

本文关键词：介质加载表面等离子体共振传感器基底研究　出处：《安徽大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：基于表面等离子体共振(SPR)传感技术具有灵敏度高、免标记、快速检测等特点,目前在食品安全检测、环境检测、临床诊断等领域有着广泛的应用前景。随着SPR传感技术在不同领域的深入研究,利用金属纳米颗粒或纳米颗粒阵列的局域表面等离子体共振(LSPR)传感技术,成为探测SPR传感器应用的一个重要方向。本文针对金属表面的焦耳热损耗问题,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构,通过调控基底结构参数,与金属银阵列相比,介质硅阵列的共振耦合效应更强,对应的反射谱共振谷曲线也更加尖锐。数值模拟表明,由于介质颗粒无焦耳热损耗,通过合理调控颗粒阵列的结构参数,可有效提高SPR传感器的灵敏度。本文采用时域有限差分方法结合电磁相关理论,对纳米颗粒阵列的共振增强效应进行了研究。分析了单个纳米颗粒的散射效应,指出介质散射共振和金属局域表面等离子体共振具有类似的局域电场增强特性,并计算了纳米颗粒阵列结构的光反射特性,分析纳米颗粒大小、周期以及周围环境折射率对反射特性的影响。通过改变环境折射率,共振波峰位置发生相应的变化这一特性,可应用在SPR传感器对环境检测领域。基于上述研究,对介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构进行探讨。分别计算硅和银颗粒阵列基底的光学反射谱,与金属Ag阵列相比,介质Si阵列的局域场耦合共振效应更强,对应的反射谱具有更尖锐的共振谷;由于基底传感性能受基底结构参数影响,相互之间也存在比较复杂的制约关系,因此,基于控制变量法分析了纳米颗粒大小、周期、基底厚度三个结构参数,对SPR传感结构反射光谱峰值位置和强度的影响进行了讨论。相同环境下的传感性能指标计算表明,介质硅阵列基底具有更好的灵敏度和品质因子,因此基于散射共振的介质阵列加载基底结构是提高表面等离子共振传感灵敏度的一种有效方法。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212;O53

【参考文献】