波长型SPR检测仪的灵敏度探讨

利用自行设计构建的可变入射角的波长型表面等离子体共振(SPR)检测仪,在不同浓度的蔗糖溶液中测定了不同入射角度(80°～66°)的共振曲线,经过处理得到共振峰位、半高宽及灵敏度随入射角和样品折射率变化的三维图像.在此基础上探讨了波长型SPR检测仪的主要参数对仪器性能的影响,从理论和实验上证明了影响灵敏度的主要因素为共振波长,并且随着共振波长的增大,检测灵敏度迅速提高.

基于SPR的光纤传感器的研究与实验

基于表面等离子体共振(SPR)的光纤传感器不仅具有SPR高灵敏性的特点,还发挥了光纤本身的诸多优点,具有广泛地研究和应用价值。在分析了光纤SPR原理的基础上,设计并实现了光纤SPR传感器,给出了系统结构模型。通过对不同质量分数的甘油溶液进行测试,获得了SPR光谱共振波长等随待测环境介质折射率变化的有效信息,证实了使用这种传感器进行环境介质检测的可行性。

基于宽带光源的光纤SPR特性的仿真及实验分析

利用Matlab对光纤表面等离子共振（SPR）传感器进行仿真,得知选用纤芯直径为400 μm或600μm的石英光纤作为SPR传感器具有良好的折射率检测特性.实验选用宽带光源作为入射光,在波长550～800 nm范围内,应用Matlab仿真分析了不同折射率样品的共振波长与透射率的关系,与实验数据对比表明,仿真结果与实验结果相一致.

分布式棱镜SPR传感器

SPR传感器的研究与应用进展迅速,尤其在生命科学、化学、环保等领域已经成为一种很重要的研究工具和手段。尽管棱镜SPR传感器关于角度谱的理论计算比较成熟,但是波长谱的计算尚未产生完整的理论计算体系。提出一种新的基于波长谱的分析方法,分析了调制层折射率和厚度对传感器输出特性的影响,并且根据该关系提出了分布式SPR传感器的设计方法。与传统的SPR传感器相比,该传感器大大降低了成本,其原理也可以很容易地移植到分布式光纤SPR传感器的设计中。首先介绍了原理,其次进行了基于波长谱分析的理论计算,最后给出了一种实用的设计方案及模拟结果。

棱镜型SPR传感特性仿真分析

SPR是一种物理光学现象,而且SPR对金属表面附近的折射率的变化极为敏感,为了研究棱镜SPR的反射特性,本文对表面等离子体波共振现象产生的原理和影响SPR传感器灵敏度的因素进行了阐述。文中根据角度调制方式利用MATLAB软件对棱镜型SPR在不同待测物质和不同金属膜厚度时的特性曲线进行了仿真分析,并根据波长调制方式对棱镜SPR在不同待测物质中的反射曲线及不同金属膜厚度的反射曲线及不同入射角度下的反射曲线运用MATLAB进行了仿真分析,得到的实验结果和理论分析相吻合。

基于辐射度的光谱校正与自适应拟合相结合的SPR共振波长确定方法

表面等离子体共振(SPR)传感技术因其灵敏度高、无需标记、可原位实时监测的特点,被广泛应用在生物医学、化学检测、食品安全、环境监测等领域。对于波长调制型SPR传感器,由于光谱测量系统各部件对不同波长响应度不同,从而对光谱共振波长的实际位置产生干扰,影响到实验检测结果。为消除这种影响,提出了一种基于辐射度空间的SPR相对反射率校正方法,并使用阶数自适应拟合算法对共振波长进行精确测定。通过标定光谱测量系统的仪器响应曲线,将光谱仪得到的原始光谱转换成辐射光谱,进而计算出不依赖于光谱仪系统中任何部件的SPR相对反射率。相比于传统的反射率校正方式(以共振光谱除以非共振光谱的结果作为反射率光谱),此方法校正后的光谱在光谱形状上具备半峰宽更窄和共振峰更对称的优势,从而为精确确定共振波长提供了可靠的保障。随后基于拟合误差最小化的目标,对共振区域采用阶数自适应多项式拟合算法确定共振波长。实验测量了不同入射角度下的SPR共振光谱,使用此方法校正得到反射率光谱的半峰全宽保持在(100±10)nm,表明此方法的光谱峰形优势具备普适性;连续采集了4000组光谱并计算共振波长,其相对标准偏差为0.0078%,处理速度为每个光谱12 ms,表明此方法具备良好的抗噪声波动鲁棒性和光谱数据处理的实时性;测量了不同浓度下NaCl溶液的SPR共振光谱,其共振波长与溶液折射率线性相关系数为0.9985,品质因数为传统校正方式的3倍,表明此方法具备良好的可靠性,并且从光谱的处理算法层面提高了传感性能,相比于从工艺制备上提高品质因数的传统方式,处理简便,效果更突出。结果表明,基于辐射度空间的相对反射率矫正与阶数自适应拟合相结合的SPR共振波长检测方法具备可靠性好、运算速度快、分辨率高、抗噪声、品质因数高等特点,能够有效提高SPR传感器的数据处理与传感性能。

表面等离子体共振传感检测方法研究

为了找到表面等离子体共振(SPR)检测物体的最佳方法,基于SPR,通过Matlab进行了一系列仿真。对检测物质的可行性进行了讨论,得出SPR能在一定范围内检测物质。对影响SPR现象的因素进行了仿真,得出达到最佳共振效果的参数值。分别对角度调制和波长调制方法进行仿真比较,分析了二者检测不同折射率样品的可行性和特点,选择出了较佳的检测方法。结果得出:达到最佳共振效果的参数值是金膜厚度为45 nm,入射光波长为632.8 nm,棱镜折射率根据实验条件和样品综合选定。角度和波长调制均能较好地检测不同折射率的样品,角度调制检测分辨率低于波长调制。

Ag-TiO_2薄膜表面等离子体共振光谱特性研究

以拓宽Ag膜波长调制型表面等离子体共振(SPR)传感器的工作波长区间,将Ti O_2膜沉积于Ag膜表面制成Ag-Ti O_2复合薄膜。利用数值计算方法对不同厚度Ag膜和Ag-Ti O_2复合膜波长调制型SPR光谱特性进行仿真研究。仿真结果表明:共振吸收峰显著依赖于Ag膜厚度;当保持Ag-Ti O_2复合膜厚度60 nm时,复合薄膜SPR波长随Ti O_2厚度的增大而向长波长方向移动,发现红移;与60 nm厚Ag膜共振波长相比,12 nm厚Ti O_2与48 nm厚Ag组成的复合膜共振波长红移超过200 nm。

光纤表面等离子体波传感器中共振波长的理论计算

光纤SPR传感器是一种新型传感器 ,可在多个领域实现远距离实时在线监测。根据表面等离子体波的共振条件计算了光纤SPR传感器的关键参数———共振波长 ,并且给出在一定条件下传感器的最大量程。为光纤SPR传感器的设计提供了有力的工具。

波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算

介绍了集成波导型表面等离子体共振传感器工作原理和基本结构,用传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,计算集成波导型表面等离子体共振传感器理论模型的共振波长。通过基于菲涅耳方程的解析分析,得到了含有表面等离子体共振吸收峰的透射谱。通过比较不同折射率被测物的透射谱,粗略确定了集成波导型表面等离子体传感器的检测范围。

基于等离子体共振效应的光纤表面等离子体共振传感器的理论研究

以等离子共振效应为基础,对等离子共振以及光纤传感的结构细节进行阐述,利用MATLAB软件模拟研究金属膜复介电常数虚部及实部、金属膜层厚度、光纤纤芯折射率、环境介质折射率对光纤表面等离子体共振反射谱性质的影响,对这些参数在性能特点上进行分别讨论,最后,在研究影响激发SPR现象因素和反射谱随性能参数变化规律的基础上,讨论了光纤SPR传感器波长调制型测量方法的可行性。从而为进一步提高表面等离子体共振传感器的灵敏度和检测精度以及光纤传感系统的优化设计提供理论指导。

基于红外波长的新型传感器设计与计算分析

为了进一步优化表面等离子共振(SPR)传感器响应速度、动态范围等参数,文中采用单色极化光源通过导电衍射光栅,设计一种新型的折射率变化在100 nm/RIV(refractive index unif)量级变化的SPR传感器。分析了SPR共振的原理和传播损耗问题,通过湿度传感应用得出:器件的有效折射率随湿度变化时,反射光谱的共振角就会产生变化,共振角与薄膜折射率基本呈线性关系。对SPR的进一步推广应用具有参考作用。

光纤表面等离体激元共振传感器中光传播特性的理论分析

光纤表面等离体激元共振传感器是一种易于小型化的SPR传感器,常用于开发便携式传感检测设备,也可用于远距离实时在线检测。在本研究中,采用特制光纤作为导光介质来制作一种新的光纤SPR传感器。由于光纤中光传播相当复杂,仅凭过往经验来设计传感器将不能保证其检测精度。因此,针对本研究中光纤的特点,建立了光纤中光传播模型,并结合菲涅耳公式推导出该类光纤SPR传感器中光总反射系数与光波长的关系,最终绘制出理论SPR曲线并计算出共振波长。研究结果为该类光纤SPR传感器的设计及光谱分析提供了重要理论依据。

波长检测型表面等离子体共振传感器对硫堇电聚合成膜的原位分析

利用波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感器对硫堇在金膜表面的电化学聚合成膜过程进行了跟踪分析.结果表明,在固定入射角下SPR共振波长随循环伏安扫描周数的增加而线性红移,表明聚硫堇膜的生长是匀速的;扫描100周后共振波长红移总量为96.6 nm.对该实验结果进行理论拟合,得出聚硫堇膜的厚度约为71 nm.聚硫堇膜在酸性缓冲液中的电化学活性很高,其电化学反应过程受扩散控制,在一个完整的循环伏安扫描过程中SPR共振波长的变化完全可逆,说明聚硫堇膜的氧化反应和还原反应是一对可逆过程.与还原态聚硫堇膜相比,氧化态聚硫堇膜对应的SPR共振波长较大,说明氧化态聚硫堇膜折射率高.

表面等离子共振Ag-SnO_2薄膜光化学气体传感器

提出一种新型的Ag-SnO2复合膜H2S光化学表面等离子共振(SPR)气体传感器结构。结构中使用一只金红石材料作成的棱镜作为耦合棱镜,在棱镜的底边采用射频溅射技术制作Ag-SnO2复合膜(CuO为掺杂质),Ag膜和SnO2膜的厚度分别为50 nm和100 nm,在复合膜上设置待测气体的样品池。在白光入射激励下,复合膜的分界面发生SPR现象。实验结果表明:SPR的波长与H2S气体的体积分数基本呈线性关系。

基于单模纤锥表面等离子体共振的折射率传感

利用Corning SMF-28(TM)制作了单模纤锥表面等离子体共振传感器,在1384～1614 nm波长范围内,采用波长调制方式对折射率为1.448 0～1.451 0的甘油水溶液进行了检测,分辨率在3×10-5 RIU,这有利于进一步了解单模光纤表面等离子体共振传感器的性能以及在液体折射率检测方面的应用。

微结构光纤表面等离子体共振传感器研究

采用有限元法模拟微结构光纤表面等离子体共振传感器.计算其共振波长和强度,为证实表面等离子体共振的产生,对比不同位置处传导模的分布.环形大孔中液体样品的折射率提高后,共振波长向长波移动,且共振峰值强度增大.该微结构光纤表面等离子体传感器对折射率变化的灵敏度达到10-4.

LiNbO_3光波导紫外表面等离子共振传感器模拟计算

高折射率的L iNbO3光波导,构成四层高折射率波导表面等离子共振传感器。采用传输矩阵方法得基模TM模色散表达式,研究了光波导有效折射与样品折射率之间的关系、光波导传输常数和波长的关系,由表面等离子体波共振耦合条件,得到不同样品折射率的表面等离子共振波长。利用菲涅耳的反射率公式,计算了四层结构波导传感器的透射谱,得到表面等离子共振波长,计算结果表明:与低折射率的玻璃波导相比,高折射率的L iNbO3光波导传感器,在相同样品折射率下,共振波长向短波方向移动,并且测量的折射率范围大。

基于波长寻址的表面等离子体共振传感技术

本文提出了基于光谱扫描技术的非机械扫描的表面等离子体共振(SPR)传感技术,采用白光为SPR激发光源,通过单色仪控制入射光的波长实现光谱寻址,在保证灵敏度和动态范围的同时,使系统在整个动态范围内具有较好的线性,简化了传感器结构。理论分析了光谱扫描SPR传感技术的灵敏度和动态范围,搭建了实验系统,并测量了不同浓度的酒精水混合溶液的SPR信号变化。结果表明:系统折射率测量范围为1.30-1.38,灵敏度可达3.1×105RIU。

D型PCF-SPR传感器设计与性能研究

PCF-SPR传感技术在近些年来发展势头迅猛,因为其优异的传感特性在许多的科学领域展现出了巨大的潜能。为了达到考察传感结构的参数对传感性能的影响,以提高传感器灵敏度的;采用了基于有限元法的COMSOL软件,对所设计的D型PCF-SPR传感结构进行仿真模拟,得出此传感结构在1.30~1.39的折射率检测范围内,最大波长灵敏度为26000 nm/RIU,平均波长灵敏度达到了8981.9 nm/RIU,平均折射率分辨率为1.11×10-5RIU,参数优化后最大波长灵敏度为27500 nm/RIU,证明此传感结构性能优良。