光子晶體增強的表面等離子體共振傳感器設計.pdf

1、表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技術因其具有無需標記、可實時無損檢測、準確度高等優(yōu)點目前已經(jīng)成為納米光電子學科的一個重要的研究方向，并引起了化學家、物理學家、生物學家等多個領域人士的關注。近年來，隨著生物技術安全問題的日益突出，對生物監(jiān)測靈敏度，分辨率等提出了更高的要求。基于此，本文對傳統(tǒng)的SPR結構進行改進，提出一種新型的基于一維光子晶體（one-dimensional photonic

2、crystal，1D-PC）的表面等離子共振結構，并從理論分析方面依次討論了該結構產(chǎn)生的機理及性能特性。
　　首先，本文對這一結構依據(jù)的基礎原理及理論分析方法進行介紹。一方面詳細研究了光的全反射理論，倏逝波理論，表面等離子體等基本概念及PC結構的基本原理。另一方面分析了多層膜反射理論傳輸矩陣法的相關概念，進一步討論了該機構所依據(jù)的理論分析方法。
　　其次，本文從構建增強光學模場的PC微納結構的理論機制出發(fā)，研究了PC層對于傳

3、感器性能特性的影響。通過模擬仿真，計算結果顯示隨外層折射率由1.333RIU變化至1.336RIU，新型結構的平均靈敏度為1846.67nm/RIU，是傳統(tǒng)SPR結構的1.15倍，半高寬度為7.5975nm，是傳統(tǒng)SPR結構的0.32倍，F(xiàn)OM響應為243.41RIU-1，是傳統(tǒng)SPR結構的3.61倍。此外理論結果表明，這種新型結構同時可以實現(xiàn)一個更大的檢測范圍。
　　再者，本文通過設計高效率的等離子激元激發(fā)機制，在基于增強光學模

4、場微納結構的基礎上，研究了激勵介質(zhì)對于傳感器性能特性的影響。理論結果表明隨外界折射率由1.333RIU變化至1.336RIU，基于光子晶體銀金結構的半高寬度為15.5225nm，是光子晶體金膜結構的0.73倍,FOM響應為120.59 RIU-1，是光子晶體金膜的2.24倍。此外，基于光子晶體石墨烯結構的半高寬度平均為10.2775nm，是光子晶體銀金結構的0.66倍,FOM響應大致為180.26RIU-1，是后者的1.49倍。