表面等離子體共振傳感器理論仿真及其在流體折射率測(cè)量中的應(yīng)用研究.pdf

1、作為一種新型生物傳感技術(shù)，表面等離子體共振(Surface plasmon resonance，簡(jiǎn)稱SPR）傳感器因其靈敏度高、動(dòng)態(tài)性能好、檢測(cè)無(wú)需標(biāo)記物、安全可靠、受環(huán)境影響小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、免疫技術(shù)、環(huán)保、制藥等多個(gè)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)研究，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文在系統(tǒng)分析表面等離子體共振傳感原理的基礎(chǔ)上，研制了一套Kretschmann型波長(zhǎng)調(diào)制表面等離子體共振傳感器，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本論文詳細(xì)介紹了S

2、PR傳感技術(shù)的歷史背景和發(fā)展趨勢(shì)，分析了SPR傳感器的傳感原理，闡述了表面等離子體共振波(Surface plasma wave，簡(jiǎn)稱 SPW）的產(chǎn)生機(jī)理，討論了表面等離子體共振的激發(fā)條件，其中重點(diǎn)分析了衰減全反射方法激發(fā)表面等離子體共振的基本原理。
　　利用Matlab模擬仿真對(duì)SPR傳感器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇在半柱面棱鏡上依次鍍2nm的鉻膜和50nm的金膜。設(shè)計(jì)了Kretschmann型波長(zhǎng)調(diào)制SPR傳感器的光路系統(tǒng)。搭建了實(shí)

3、驗(yàn)光路，利用該光路系統(tǒng)測(cè)量空氣折射率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這套裝置檢測(cè)氣體折射率方法的可行性。利用該光路系統(tǒng)測(cè)量了不同濃度NaCl溶液的折射率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著NaCl溶液折射率的增大，共振波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，且兩者存在較好的線性關(guān)系，傳感器的靈敏度達(dá)到5562.0nm/RIU。
　　提出了利用同頻率下p偏振光的反射光強(qiáng)除以s偏振光反射光強(qiáng)來(lái)獲取共振曲線的方法，實(shí)驗(yàn)證明，該方法能有效提高SPR傳感器的性能。建立了傳感器系統(tǒng)中整形光路和

4、探測(cè)光斑直徑與會(huì)聚角關(guān)系的理論模型。分析了探測(cè)光束會(huì)聚角對(duì)SPR傳感器共振波長(zhǎng)、共振曲線半高全寬和共振峰深度的影響。隨著探測(cè)光束會(huì)聚角的減小，共振波長(zhǎng)增大，共振曲線的半高全寬減小，共振峰深度增大，傳感器的抗干擾能力增強(qiáng)，系統(tǒng)分辨率提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，考慮會(huì)聚角時(shí)實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果符合的較好，會(huì)聚角從0.8?減小到0?時(shí)，共振波長(zhǎng)從662nm減小到623nm，共振曲線半高全寬從157nm減小到117nm，共振峰深度從70.5％增大到