基于表面等離子體共振效應(yīng)的信息獲取和顯示.pdf

1、感覺(jué)媒體和顯示媒體是多媒體技術(shù)的重要分支，盡管目前的視聽(tīng)技術(shù)和顯示技術(shù)發(fā)展迅速，然而感覺(jué)媒體中嗅覺(jué)、味覺(jué)等媒體的發(fā)展卻相當(dāng)滯后；同樣，雖然目前存在多種顯示技術(shù)，然而真高清晰、真彩色的顯示技術(shù)發(fā)展也不盡人意。為此，本論文基于表面等離子體共振(SPR：SurfacePlasmonResonance)效應(yīng)，主要研究了可以用于嗅覺(jué)、味覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)和高清晰、真彩色的顯示技術(shù)。 SPR效應(yīng)是一種物理光學(xué)現(xiàn)象，利用該效應(yīng)可以設(shè)計(jì)SPR傳感器和

2、SPR顯示器：當(dāng)調(diào)制層材料折射率一定，改變被測(cè)對(duì)象的折射率會(huì)導(dǎo)致共振波長(zhǎng)或者共振強(qiáng)度變化，利用這一效應(yīng)可以設(shè)計(jì)SPR傳感器，借此可望擴(kuò)充對(duì)于味覺(jué)、嗅覺(jué)等感覺(jué)媒體的自動(dòng)化感知手段；而當(dāng)被測(cè)對(duì)象折射率一定，改變調(diào)制層材料折射率會(huì)導(dǎo)致共振波長(zhǎng)或者共振強(qiáng)度發(fā)生變化，利用這一效應(yīng)可以設(shè)計(jì)高清晰、真彩色的新型顯示器件，借此可望豐富對(duì)于顯示媒體的表現(xiàn)形式。 本論文首先討論SPR機(jī)理，進(jìn)而設(shè)計(jì)光纖SPR傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)，研究數(shù)據(jù)處理方法，最后引

3、入SPR顯示技術(shù)，具體包括： 從理論角度詳細(xì)描述了SPR機(jī)理，導(dǎo)出了發(fā)生SPR現(xiàn)象的條件，給出了理論計(jì)算公式和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法。 詳細(xì)研究了光纖SPR傳感器的機(jī)理，推導(dǎo)了理論計(jì)算公式，并用實(shí)驗(yàn)表明該理論推導(dǎo)是合理的。根據(jù)建立的理論計(jì)算公式和實(shí)際檢測(cè)的金膜光纖SPR傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)金膜參數(shù)進(jìn)行了修正。為了設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的光纖SPR傳感器，從抗干擾、檢測(cè)靈敏度、檢測(cè)范圍等多方面詳細(xì)研究了傳感器各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其性能的影響，給出了

4、各項(xiàng)參數(shù)的選擇范圍。同時(shí)根據(jù)調(diào)制層對(duì)傳感器參數(shù)的作用，提出了分布式光纖SPR傳感器的設(shè)計(jì)方法，并提供了設(shè)計(jì)實(shí)例。 詳細(xì)研究了光纖SPR檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)比了早期的檢測(cè)系統(tǒng)、改進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)和最優(yōu)檢測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了改進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)各組成部件的性能及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。進(jìn)一步詳細(xì)討論了系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題，給出了共振波長(zhǎng)的估計(jì)方法，并實(shí)用于準(zhǔn)非時(shí)變信號(hào)和時(shí)變信號(hào)的檢測(cè)，結(jié)果表明所用數(shù)據(jù)處理方法是合適和有效的。此外，詳細(xì)研

5、究了光纖SPR檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定、溫度漂移和自漂移問(wèn)題，同時(shí)詳細(xì)研究了分布式光纖SPR檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)問(wèn)題。 詳細(xì)研究了SPR顯示的機(jī)理，建立了調(diào)制層參數(shù)和顯示顏色、顯示亮度的數(shù)學(xué)關(guān)系，據(jù)此設(shè)計(jì)了單像素和多像素的SPR顯示器件，并且進(jìn)行了理論仿真，結(jié)合前人的工作表明設(shè)計(jì)寬范圍、真彩色的SPR顯示器件是完全可行的。 最后給出了本研究領(lǐng)域存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向。 總之，本論文主要對(duì)基于SPR效應(yīng)的感覺(jué)(味覺(jué)、嗅覺(jué))媒