基于磁光表面等離子體共振(MOSPR)的折射率傳感器研究.pdf

1、表面等離子體共振是近些年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)新型傳感技術(shù)，由于其對(duì)周圍折射率環(huán)境的高靈敏度、無(wú)需標(biāo)記、無(wú)損、可實(shí)時(shí)探測(cè)等特點(diǎn)，目前已大量應(yīng)用于生物檢測(cè)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域中。磁光表面等離子體共振是表面等離子體共振與磁光效應(yīng)相結(jié)合得到的現(xiàn)象，相比表面等離子體共振它具有更高的信噪比和檢測(cè)限，目前其作為傳感器的靈敏度已可以應(yīng)用，但仍需進(jìn)一步提高，因此如何進(jìn)一步提高其靈敏度是一個(gè)值得研究的課題。
　　本文根據(jù)磁光表面等離子體共振傳感

2、器件靈敏度會(huì)受到其中磁性材料的磁光常數(shù)影響的原理，采用了具有相比目前所用磁性層材料（鐵、鈷等）磁光常數(shù)更高的鐵鈷合金（FexCo1-x）作為磁光表面等離子體共振器件的磁性層材料，對(duì)不同成分的FexCo1-x在Au/FexCo1-x磁光表面等離子體共振結(jié)構(gòu)中的傳感性能進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)不同成分FexCo1-x薄膜的表征，利用新的方式（最小二乘法擬合）計(jì)算出了各成分下FexCo1-x的介電常數(shù)和磁光常數(shù)。根據(jù)所得光學(xué)參數(shù)通過(guò)4×4轉(zhuǎn)移矩陣法

3、對(duì)Au/FexCo1-x結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算，并對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們對(duì)設(shè)計(jì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)制備，發(fā)現(xiàn)各成分下Au/FexCo1-x結(jié)構(gòu)的最優(yōu)傳感靈敏度與該成分FexCo1-x磁光效應(yīng)的強(qiáng)弱有關(guān)，所有結(jié)構(gòu)中Au/Fe0.7Co0.3結(jié)構(gòu)具有最優(yōu)的傳感靈敏度，證明了FexCo1-x可作為一種強(qiáng)磁光效應(yīng)金屬薄膜應(yīng)用于高靈敏度MOSPR傳感器。此外，由于FexCo1-x的高磁致伸縮效應(yīng)，未來(lái)基于Au/FexCo1-x等磁光表面等離子體共振結(jié)

4、構(gòu)也能發(fā)展出基于MOSPR現(xiàn)象的應(yīng)變傳感器。本文同樣研究了近幾年提出的全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)對(duì)磁光效應(yīng)的增強(qiáng)作用。類似于局域型表面等離子體共振，全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)中也存在諧振，且相比金屬而言有一個(gè)新的磁諧振模式存在。由于介質(zhì)本身的低損耗，我們認(rèn)為其諧振附近對(duì)磁光效應(yīng)有一個(gè)高優(yōu)值的增強(qiáng)作用。通過(guò)有限元軟件COMSOL對(duì)全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)的仿真分析，我們證實(shí)了這想法。根據(jù)這個(gè)原理，我們提出全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)未來(lái)能夠替代磁光表面等離子體共振結(jié)構(gòu)得到一個(gè)新型的高優(yōu)