一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器

提出了一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器。该传感器纵向上采用表面等离子多层波导结构,横向上采用U型微环结构,以聚酰亚胺（polyimide,PI）为感湿材料。根据传输矩阵法推导表面等离子微环传感器结构的传递函数,外界环境的相对湿度变化引起聚酰亚胺的折射率变化,从而多层波导结构的有效折射率发生改变,导致传感器的输出光谱发生漂移。重点分析讨论了多层波导结构的传输特性以及感湿部位折射率的变化对输出光谱的影响。根据计算和仿真得出：当U型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时,传感器的输出光谱水平漂移量较大,自由光谱范围（FSR）加倍,达到128nm,当外界环境相对湿度从10%RH变化到100%RH时,漂移量Δλm在0.005~0.038μm之间变化,相比于其他湿度传感器,灵敏度提高了10~50倍,高达0.0005μm/%RH,并且传输稳定。结果表明：设计的表面等离子微环传感器,灵敏度较好,性能稳定,可以应用于湿度测量,并且实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频,为微型光学器件的制备提供了理论基础。

基于微型表面等离子共振生物传感器的葡萄糖浓度测量技术

葡萄糖是生物体和食品中普遍含有的一种重要物质,其浓度的高低直接影响着生物体功能的正常发挥和食品的质量,因此检测葡萄糖的浓度有重要的意义和作用.本文利用微型表面等离子共振生物传感器构造了葡萄糖测量实验系统,并通过葡萄糖溶液浓度的测量实验对系统的性能进行了评估,对实验现象进行了分析,探讨了测量结果的数据处理方法.实验系统对葡萄糖溶液的分辨率达到了6.25mg/L,其精度高于其他采用折射率测量方法能够获得的葡萄糖溶液浓度的测量值.实验结果表明微型化的表面等离子共振测量装置在工业和医疗上的检测有很好的应用前景.

液滴微流控中空气/CF_(4)等离子体表面改性环烯烃共聚物

环烯烃共聚物(COC)是一种新型的微流控材料,其疏水性虽然可以保证油包水微滴生成,却极大降低了芯片的键合强度。采用空气/CF_(4)射频放电低温等离子体对COC进行表面改性,成功制备了高亲水性到高疏水性的COC表面,并利用接触角测量、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱对处理后的表面进行了分析和表征。通过微滴生成实验与剥离实验研究了等离子体表面改性对COC芯片微滴生成、流动行为和键合强度的影响,并监测了改性表面的时效性。结果表明,空气等离子体处理后芯片黏接性能与润湿性能显著提高,但此时生成水包油微滴。经过空气等离子体活化后再经过CF_(4)等离子体处理的芯片疏水性恢复并超越本征,油包水微滴再度生成。因此,低温等离子体改性可以成为在不影响芯片功能的前提下实现芯片结构强化的有效方法,另外改性后芯片的生物应用值得进一步探索。

表面等离子体在波导-共振环微腔结构的传输特性

表面等离子体在波导与共振微腔结构器件传输中的特性,在光通信、光电信息、集成光学等领域有广泛的应用。本研究提出了一种等离子体波导与共振环微腔结构组成的设计方案,利用传输矩阵法和耦合模理论对该结构进行理论分析。通过模拟微环谐振腔的传输特性,得到不同波长下环腔结构的光场分布图及透射率谱线,发现了该结构存在滤波特性。进一步改变结构参数,发现改变耦合间距和波导宽度等参数对滤波特性均有影响,利用时域有限差分(FDTD)算法模拟场分布验证了本研究的理论设计。该设计结构紧凑、尺寸小巧,容易被集成到光学线路中,有潜力发展成为新一代纳米集成光路的基本元器件。

基于表面等离子激元的新型可调谐微共振环滤波器分析

衍射极限的存在制约了大部分光器件的大小,从而大大影响了光器件的集成(如共振环滤波器)。为了打破衍射极限的制约,减小光器件的体积以满足高度集成化的要求,文中给出了基于表面等离子激元的微共振环滤波器的设计方法,并通过有限时域差分方法对其进行了仿真,得到了出射端光强仿真图。

双层介质加载等离子体微环的高灵敏生物传感

为了提高介质加载表面等离子体的传输距离,提出了基于双层介质加载的表面等离子体波导结构。利用有限元方法研究了介质加载的表面等离子体波导的模场分布及传输特性,并对其传感应用的波导灵敏度进行了分析。研究表明,当低折射率介质厚度占波导总厚度的33%时,传输距离是单层介质加载表面等离子体波导的2.4倍。利用该波导结构组成的微环谐振腔被用于生物传感研究,其传感特性分析表明,传感灵敏度为411 nm/RIU,检测极限为1.2×10^(-5) RIU。双层混合介质加载表面等离子体波导的设计和研究为其进行无标记生物传感应用提供了有价值的指导。

基于Otto结构的光纤SPR微位移传感器

提出一种基于Otto结构的高灵敏度光纤表面等离子体共振(SPR)微位移传感器。通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics ULTIPHYSICS对该传感器的传感特性进行了理论数值研究,分析了表面等离子体共振波长与位移变化的关系。

C-反应蛋白免疫传感器的研究进展

C-反应蛋白(CRP)是一种急性期蛋白质,由肝脏和脂肪细胞合成。C-反应蛋白可作为冠心病、心血管疾病和其它疾病的标志物,因此,CRP的检测对临床诊断具有重要意义。免疫传感器已经广泛应用于临床诊断、环境检测、制药工程、食品分析等领域中。该文分别对电化学免疫传感器、表面等离子共振(SPR)型免疫传感器、石英晶体微天平(QCM)型免疫传感器在CRP检测中的运用的研究进展进行简要综述。

纳米金属复合孔阵列强透射折射率传感器研究

设计了一种圆环-矩形金属纳米复合孔阵列折射率传感器.采用时域有限差分法进行数值计算,讨论了复合结构的周期、旋转角度、圆环内径以及矩形长和宽等参数对光透射特性的影响,并分析复合纳米孔狭缝宽度对灵敏度的影响.结果表明,经过参数优化后,可获得的最佳光透射率高达84.4%,灵敏度达(2613±75)nm/RIU。该研究为设计和实现下一代高灵敏度金属纳米等离子体生化传感器提供理论依据。

基于MIM亚波长结构的微环谐振器性质研究

文中设计了一种基于MIM结构的亚波长表面等离子体激元微环谐振器,利用时域有限差分(FDTD)方法分析了其滤波特性,并且针对1.31谐振输出波长处对谐振器进行了性能分析。结果表明这种亚波长结构的微环谐振器与现有的传统介质谐振环器件相比具有很大的优势,更加有利于集成光路的应用。

基于石墨烯表面等离子激元波导的同或/异或门

设计了一种基于石墨烯表面等离子激元波导的同或/异或逻辑门,其采用了上下话路型微环谐振器为基本单元。通过调节石墨烯化学势来控制石墨烯表面等离子激元的传输状态,器件的两个不同输出端口同时获得同或和异或逻辑运算结果。仿真分析结果表明:当工作频率为30THz,石墨烯化学势为0.677eV和0.95eV时,基于石墨烯表面等离子激元波导的上下话路型微环谐振器可实现开启与关闭;所构建的同或/异或逻辑门在‘00’、‘01’、‘10’、‘11’四组逻辑操作数下的最差串扰为-10.60dB。