多頻段表面等離子體共振傳感結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、表面等離子體共振(Surface plasmon resonance，SPR)是局域在金屬表面的自由電子被光波照射，在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生集體振蕩的一種特殊物理現(xiàn)象。它可以產(chǎn)生很強(qiáng)的局域電場(chǎng)，對(duì)周圍環(huán)境介質(zhì)的折射率變化非常敏感，由此產(chǎn)生的表面等離子體共振技術(shù)已經(jīng)在高靈敏生物、化學(xué)傳感器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著SPR傳感技術(shù)在不同領(lǐng)域的深入研究，利用金屬納米顆?；蚪饘偌{米顆粒陣列的局域表面等離子體共振(Local surface plas

2、mon resonances，LSPR)傳感技術(shù)，成為SPR傳感器研究的一個(gè)重要方向。本文針對(duì)傳統(tǒng)表面等離子共振傳感器敏感元件由于是平面均勻結(jié)構(gòu)，在工作頻率范圍內(nèi)通常是單共振峰模式，不適用于多頻段、多通道傳感檢測(cè)環(huán)境的問(wèn)題。首先研究了一種嵌入式菱形納米金陣列的表面等離子共振傳感結(jié)構(gòu)，然后探討了其可以在多頻段工作的原因，最后將所研究的周期性陣列結(jié)構(gòu)應(yīng)用于SPR傳感器，并分析了該結(jié)構(gòu)的傳感性能。
　　主要內(nèi)容如下:
　　1.基于

3、本征值方程及時(shí)域有限差分(FDTD)算法，對(duì)嵌入二氧化硅襯底的菱形納米金陣列的表面等離子共振效應(yīng)進(jìn)行深入的研究，導(dǎo)出共振模式隨嵌入深度變化的關(guān)系式。數(shù)值計(jì)算結(jié)果與仿真模擬一致，驗(yàn)證了金納米顆粒陣列上下介質(zhì)的不對(duì)稱性可以等效為單層介質(zhì)光柵的合理性。理論分析了透射譜中產(chǎn)生多個(gè)共振峰的物理機(jī)制與影響因素，對(duì)多頻段工作的SPR傳感器敏感元件的設(shè)計(jì)與制作具有較好的指導(dǎo)意義。
　　2.在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了嵌入深度、長(zhǎng)短軸比例、周期