介質(zhì)加載表面等離子體共振傳感器基底研究.pdf

1、基于表面等離子體共振(SPR)傳感技術(shù)具有靈敏度高、免標(biāo)記、快速檢測等特點，目前在食品安全檢測、環(huán)境檢測、臨床診斷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著SPR傳感技術(shù)在不同領(lǐng)域的深入研究，利用金屬納米顆粒或納米顆粒陣列的局域表面等離子體共振(LSPR)傳感技術(shù)，成為探測SPR傳感器應(yīng)用的一個重要方向。本文針對金屬表面的焦耳熱損耗問題，提出一種介質(zhì)硅陣列加載的表面等離子共振傳感基底結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控基底結(jié)構(gòu)參數(shù)，與金屬銀陣列相比，介質(zhì)硅陣列的共振耦合

2、效應(yīng)更強，對應(yīng)的反射譜共振谷曲線也更加尖銳。數(shù)值模擬表明，由于介質(zhì)顆粒無焦耳熱損耗，通過合理調(diào)控顆粒陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可有效提高SPR傳感器的靈敏度。
　　本文采用時域有限差分方法結(jié)合電磁相關(guān)理論，對納米顆粒陣列的共振增強效應(yīng)進行了研究。分析了單個納米顆粒的散射效應(yīng)，指出介質(zhì)散射共振和金屬局域表面等離子體共振具有類似的局域電場增強特性，并計算了納米顆粒陣列結(jié)構(gòu)的光反射特性，分析納米顆粒大小、周期以及周圍環(huán)境折射率對反射特性的影響。通

3、過改變環(huán)境折射率，共振波峰位置發(fā)生相應(yīng)的變化這一特性，可應(yīng)用在SPR傳感器對環(huán)境檢測領(lǐng)域。
　　基于上述研究，對介質(zhì)硅陣列加載的表面等離子共振傳感基底結(jié)構(gòu)進行探討。分別計算硅和銀顆粒陣列基底的光學(xué)反射譜，與金屬Ag陣列相比，介質(zhì)Si陣列的局域場耦合共振效應(yīng)更強，對應(yīng)的反射譜具有更尖銳的共振谷;由于基底傳感性能受基底結(jié)構(gòu)參數(shù)影響，相互之間也存在比較復(fù)雜的制約關(guān)系，因此，基于控制變量法分析了納米顆粒大小、周期、基底厚度三個結(jié)構(gòu)參數(shù)，對