对称型长程表面等离子体共振分析系统

表面等离子体共振(SPR)技术中的长程SPR技术的实际应用受其特殊的膜层匹配条件(待测物和第一层缓冲层折射率需相近)限制而很难扩展。为了解决这一问题,本文提出了一种对称型长程SPR(LRSPR)技术来提高传统LRSPR技术的适用性。设计了一种"缓冲介质层+金属膜+缓冲介质层"的对称型膜层结构,用于打破传统LRSPR折射率匹配条件的制约,并进一步提高电磁场穿透深度和共振峰深度。理论模拟分析了对称型膜层结构,并且自行搭建了基于LED光源的角度谱SPR检测系统。利用该系统进行了不同糖浓度溶液下的折射率分辨率实验,并对数据处理的算法进行了优化。实验测得系统的折射率分辨率达到6.1×10-7 RIU,灵敏度可达1.22×105 pixel/RIU,并且在一定折射率测量范围内具有较好的线性度。

长程表面等离子体共振生物传感器的制备与应用

长程表面等离子体共振(LRSPR)是超薄金属膜两侧的衰逝场发生耦合后所形成的一种新型表面光学现象.与传统的表面等离子体共振(c SPR)相比,LRSPR的表面衰逝场具有更强的表面电磁场强度、更长的表面传播距离以及更大的穿透深度.因此,基于LRSPR现象的生物传感器被认为特别适合细胞或细菌等较大生物分子的检测及行为研究.为了更好地了解LRSPR生物传感器的最新研究进展,本文总结了LRSPR的光学原理、生物传感芯片的制备以及LRSPR传感器在生物检测领域的最新应用.

长程表面等离子体共振技术在检测大肠杆菌浓度中的应用研究

建立了一种基于长程表面等离子体共振技术检测大肠杆菌浓度的方法及系统。基于此,制备了能够产生长程表面等离子体共振效应的双层膜传感芯片,并在实验上将长程表面等离子体共振(LSPR)和传统表面等离子体共振(CSPR)两种生物传感器的性能进行了对比。结果表明LSPR生物传感器共振曲线的平均半高宽比CSPR传感器共振曲线的平均半高宽窄1.79倍,且其灵敏度是CSPR的2倍。由此,证实了基于LSPR的生物传感器对大肠杆菌浓度的改变更加敏感。此外,该方法分辨率高,试剂用量少,有效克服分界面所带来的影响,并能够对大肠杆菌进行实时检测。

长程表面等离子体的增强效应

研究了双层金属薄膜构型中构型参数对长程表面等离子体的影响,并发现了衰减全反射激发方法下长程表面等离子体的增强效应.以特征矩阵算法为基础,通过数值计算构型的反射谱,研究构型参数的变化对反射谱的影响.发现由于衰减全反射激发方法中耦合器的存在导致的非对称特性,会使双层金属薄膜构型中的长程表面等离子体拥有本征模式特性以外的有趣特性,如长程模式得到增强而另一支受到抑制,从而使能量更为集中在希望被激发的一支.研究结果对非对称激发构型中的长程表面等离子体研究具有启发意义.

基于修正的长程表面等离子体波的折射率检测研究

为发挥长程表面等离子体波共振峰宽度小,共振曲线斜率大,降低共振角位置不确定性的优点,解决其严格对称结构难于传感的问题,文中在理论分析介质-金属薄膜-介质结构模型的色散和反射特性的基础上,实验研究棱镜耦合激发该结构中的修正的长程表面等离子体波用于传感,改变实验中的结构参数,检测含水率10.8%~38.8%的蜂蜜。结果表明:其共振峰宽度变窄,介质膜厚、金属膜厚等参数对衰减峰及其宽度和衰减深度等参量都会产生影响,检测的入射角与折射率的线性相关系数为0.993 2,可较好地实现传感。

参量变化对长程表面等离子体波特性的影响

为了掌握长程表面等离子体波的共振角度、共振峰半峰全宽以及衰减峰深度等重要特性,采用棱镜耦合激发介质-金属薄膜-介质对称结构中的长程表面等离子体波,研究了金属膜材料、厚度、介质折射率及介质厚度等参量变化时对长程表面等离子体波特性的影响。结果表明,实验中激发的长程表面等离子体波的衰减峰半峰全宽比传统的窄1~2个数量级;当介质膜厚度为500nm和1300nm时,激发的表面等离子体波的衰减深度只有薄膜厚度为700nm和1000nm时的1/2左右;随着介质膜厚度的增加,半峰全宽减小,金属膜越薄,衰减深度越深,衰减峰的半峰全宽值越小;介质膜折射率的改变对于半峰全宽的影响不明显;金属膜参量的变化将改变共振峰的位置。该研究为长程表面等离子体波的激发及应用于传感领域提供了有效依据,有利于其在波导和生物传感等方面的应用。

等离子体激元波导传输在对称混合长程表面的特点分析

随着光电子学与纳米技术的发展与进步,集成光学技术对于集成系统的密度以及其他方面都有较高的要求。二表面等离子体激元波导可以在最大的程度上把电磁场约束在金属和介质的分界面处,在光子学应用上有着较大的可行性,能够很好地符合光子学的高速率速度传输,从而使其可以突破衍射极限带来的限制,增强系统的集成密度。本文从等离子体激元波导传输在对称混合长程表面的传输出发,探讨在这个传输介质中出现的传输特点,从而对其进行优化。

长周期光纤光栅表面等离子体共振增强传感器

针对光纤表面等离子体共振传感普遍存在强度脆弱、灵敏度偏低及等离子体激发效率低下的问题,文章将长周期光纤光栅作为辅助平台,研究了表面等离子体共振传感器增强灵敏度的途径。在光纤光栅表面传感区域热蒸发一层金膜,通过调谐输入光纤光栅部位的偏振光模式来实现对外传感性能的增强。选用氯化钠溶液作为外界折射率感应物质,通过软件进行模拟仿真,仿真结果表明,镀金膜前后,横磁波和横电波的透射功率在空气中分别衰减了4.3和0.3 dB,在溶液中分别衰减了5.3和2.2 dB。在1.335~1.372溶液折射率变化范围内,两种偏振光源的折射率灵敏度分别提升了18.7和12.9 nm/RIU。

基于平面波导激励的修正长程表面波的传感器研究

为了解决传统的强度检测型波导激励的表面等离子体共振传感器灵敏度不高的缺点,研究平面波导激励的介质膜-金属-被测介质的可激发修正的长程表面等离子体波结构。采用离子交换的方法制备折射率可用费米函数拟合的平面波导,研究了离子交换时间对平面波导的模数及等效折射率等特性的影响,为激励波导的优化设计提供有效依据。采用制备的平面波导激励介质膜-金属-被测介质的非对称结构,研究金属材质、介质膜厚和金属膜厚等因素对修正的长程表面等离子体波特性的影响,对被测溶液的折射率进行检测。实验结果表明,其灵敏度为传统的强度检测型表面等离子体共振传感器的6倍,并且具有较好的线性关系。

高灵敏度LRSPR传感器结构的设计与仿真

提出一种新型周期型长程表面等离子体激元共振(LRSPR)传感结构,用于高灵敏度传感器的设计。周期型LRSPR结构通过遗传算法对灵敏度(SI)和半高全宽(FWHM) 2个代价成本完成仿真。从仿真的结果可得:设计的结构的SI和FWHM在40层结构下达到全局最优。相对于传统表面等离子体激元共振(SPR)结构,设计的结构具有更高的SI和更小的FWHM,为高SI的LRSPR传感检测的设计提供一种新的结构思路。

金属涂层SPR的单端面LPFG折射率传感器(英文)

提出了一种新型的单端面反射的镀有金属膜的长周期光纤光栅传感器。这种基于表面等离子体谐振的具有三层结构的传感器分为两个部分，光栅部分用连续CO2激光脉冲制作，金属膜是由真空镀膜制成。在光栅上镀上各种不同厚度的薄金属膜来激发表面等离子体波，用这种光纤光栅传感器来测量液体的折射率，并研究它的反射谐振谱的特性。在标准气压下，镀有80nm银膜的光栅从水（ns=1.33）到酒精（ns=1．36）中光栅谐振波长改变了1．14nm，其敏感度达到折射率变化～5×10^-4谐振波长改变20pm。研究发现不同厚度的不同金属膜显示了不同的敏感度。通过比较光栅在空气，水，酒精，甘油，以及在它们的混合物溶液中的谐振波长，得到这种反射式的长周期光纤光栅传感器的敏感特性。为制作一种高性能的用来测量折射率的光纤光栅传感器提供了一个有益的参考。

金属纳米线阵列全光调制

提出一种基于长程表面等离子体的介质-金属纳米线阵列-非线性介质复合全光调制器.考虑克尔效应对折射率变化的影响,采用时域有限差分法分析了金属纳米线直径、介质层厚度和泵浦光强度对反射谱的影响,通过合理配置金属纳米线和介质层的参数提高调制器的耦合性能,并在此基础上分析不同强度泵浦光的反射特性.结果表明:当金属纳米线直径为40nm,介质层厚度为1 800nm时,全光调制器的模式耦合能力达到最强.反射谱的反射率与泵浦光强度的变化呈线性关系,相关系数为0.998 1,且只需要0.5GW/cm^2功率的泵浦光就能使入射光的反射率从0.015提高到0.82,较好地实现光信号对光的全光调制.

同轴电介质-金属-电介质结构表面等离激元色散研究

从平面电介质-金属薄膜-电介质对称结构中表面等离激元的色散方程出发,建立模型推导得到了同轴电介质-金属薄膜-电介质结构中表面等离激元的色散方程,在这种结构中各阶模式都发生了分裂,形成了高折射率高损耗和低折射率低损耗的两种模式,该模型为理解同轴电介质-金属薄膜-电介质结构表面等离激元模式的传播提供了直观的图像。用色散方程计算了0.5～1.5μm波长范围内各阶模式的等效折射率以及传输损耗,并将该结果与有限元方法数值模拟得到的结果进行对比分析,分析表明,两者吻合得很好。并分析了计算结果以及色散方程的适用范围。

金属亚波长结构及其应用的最新进展

随着现代计算技术和微纳加工技术的飞速发展,金属亚波长结构在微纳光学器件和系统方面的应用越来越广泛。介绍了金属亚波长结构与光学偏振相互作用方面的一些最新进展。

基于LSPR的非贵金属纳米薄膜厚度的精确测量

纳米金属薄膜厚度的无损测量是薄膜设计和制备的关键技术,对非贵金属薄膜厚度的测量尤为困难。本文首次提出用中红外3.39μm激光波长并设计棱镜—匹配液—待测金属薄膜—玻璃衬底结构来激发长程表面等离子波。计算了长程表面等离子波的衰减全反射和表面等离子共振吸收峰的半宽度,结果表明长程表面等离子波半宽度只有表面等离波的4.7%,可以有效提高测量的灵敏度。通过实验测量表明:衰减全反射吸收峰的最小值在10-90 nm厚度范围内测量曲线显示了较好的线性,铁薄膜厚度的测量范围为10-90 nm,测量分辨率可达到1 nm。研究发现通过改变匹配液厚度和折射率,还可以用来测量其它非贵金属薄膜厚度,大大拓展了该测量方法应用范围,为非贵金属薄膜厚度的测量提供了一种全新的技术检测线路。