基于光子晶體光纖的SPR和SERS傳感器研究.pdf

1、由于光子晶體光纖(Photoniccrystalfiber,PCF)的結(jié)構(gòu)可以靈活設(shè)計(jì),因此它具有許多普通光纖不具備的獨(dú)特優(yōu)勢,而光子晶體光纖在傳感器方面的應(yīng)用已成為目前傳感器研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。本文從理論和實(shí)驗(yàn)出發(fā),分別研究了光子晶體光纖在表面等離子體共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)傳感和表面增強(qiáng)拉曼散射(SurfaceEnhancedRamanScattering,SERS)傳感方面的應(yīng)用,并在光子晶體

2、光纖表面增強(qiáng)拉曼傳感方面進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)為如下幾點(diǎn):
　　1.對PCF的幾種數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了概述,重點(diǎn)介紹了有限元法的原理及實(shí)施過程。然后對有限元法軟件COMSOLMultiphysics進(jìn)行了簡要的描述,具體給出了利用該軟件進(jìn)行波導(dǎo)建模仿真的步驟,為后面分析PCF的特性打下了理論基礎(chǔ)。
　　2.自行設(shè)計(jì)了兩種新型的PCF-SPR傳感器結(jié)構(gòu):一種基于奇異柚子型光子晶體光纖的SPR傳

3、感器和一種多芯PCF-SPR傳感器,并用有限元法軟件COMSOLMultiphysics對傳感器的傳感特性進(jìn)行了仿真計(jì)算。仿真結(jié)果表明該新型傳感器結(jié)構(gòu)在生物、化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用方面極具競爭力,有很大的發(fā)展前景。
　　3.對金納米球、金納米棒、SiO2核Au殼型復(fù)合納米顆粒等三種常見納米顆粒的SERS效應(yīng)進(jìn)行了仿真計(jì)算并得出以下結(jié)論:1)共振峰隨納米顆粒粒徑增大而發(fā)生紅移,因此對于給定激發(fā)波長,選擇合適尺寸的納米顆?？梢缘玫礁叩睦?/p>

4、場增強(qiáng);2)兩個(gè)納米顆粒耦合時(shí)的拉曼增強(qiáng)因子要比單個(gè)納米顆粒起到的增強(qiáng)效果高出幾個(gè)數(shù)量級,并且高的增強(qiáng)因子一般在納米顆粒間距比較小時(shí)效果比較明顯,超過10nm后增強(qiáng)效果逐漸減弱;3)SiO2核Au殼型復(fù)合納米球的核殼比較大時(shí)會出現(xiàn)多個(gè)共振峰,并且合理控制它的核殼尺寸可使金納米殼的共振峰出現(xiàn)在近紅外區(qū)。
　　4.提出了一款液芯PCF-SERS探針并對其傳感性能進(jìn)行了數(shù)值仿真,結(jié)果表明該液芯PCF能大大提高激勵(lì)光的利用效率,使激發(fā)光充