SPR传感器的应用及其发展

表面等离子共振(SPR)传感器是一项新兴的生物化学检测技术,具有灵敏度高、检测方便快捷、可实现在线检测等许多优点,可广泛应用于材料科学、环境保护、食品工业等直接关系人类生存发展的诸多领域。首先介绍了SPR传感器的发展历史及其工作原理,然后综述了SPR传感器的结构和分类,具体包括棱镜耦合式SPR传感器、集成光波导耦合式SPR传感器、光纤SPR传感器和光栅耦合式SPR传感器的结构,着重描述了SPR传感器的最新发展趋势,重点介绍了分布式SPR传感器、光纤SERS传感器的发展状况。

基于四棱镜结构的分布式SPR传感器研究

设计了一种新型的基于四棱镜结构的分布式表面等离子体共振(SPR)传感器,用数值模拟法讨论了金属膜种类、调制层厚度和折射率、棱镜结构参数对其性能的影响,得到了有用的结论。最后,提出了SPR分布式传感器的评价因子,为今后的分布式SPR传感器设计、制作和性能评价提供了有益的参考。

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。

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。

温度对表面等离子体振荡传感器的作用

本文采用棱镜型角度检测的方法,对表面等离子体振荡传感器进行精密检测。首先从理论上分析了温度对棱镜型表面等离子体传感器的作用机理,并根据机理进行了实验系统的设计。基于所设计的棱镜型角度检测SPR装置,研究了温度对表面等离子体振荡(SPR)共振角度的影响。实验给出了表面等离子体共振角度随被测液体温度的升高而下降的数值结果,斜率为-7.843×10-3/℃,并证明了温差控制对光传感技术中表面等离子体振荡(SPR)技术的实用化的重要性。

表面等离子体共振传感器的仿真

为了得到基于相位检测、角度检测和波长检测的表面等离子体共振(SPR)生物传感器的高检测精度,利用Matlab建立了Kretschmann模型SPR传感器的数值仿真软件。系统地进行了棱镜折射率、测试介质折射率、金膜的厚度等因素对3种不同检测方式的SPR曲线的影响。理论分析结果表明:角度调制时与介质折射率增加时,SPR角也相应增加,相位检测对传感层的折射率具有选择性。

基于MEMS技术集成硅微棱镜耦合和微流道的近红外表面等离子体谐振芯片(英文)

为促进表面等离子体谐振(surface plasmon resonance,SPR)测试技术在片上的实现,提出硅基近红外SPR芯片,由硅微棱镜、金属膜和聚合物微流体通道组成.利用有掩膜和无掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为25.24°的单微硅棱镜阵列,用有掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为54.74°的双微硅棱镜阵列,利用聚合物的复制注塑技术加工得到微流体通道.在波长1,550,nm时进行仿真与实验测试,实验测得以空气、水和乙醇为测试介质的SPR角分别为16.75°、22.58°和22.72°,这些值比以玻璃棱镜加工SPR传感器测得的SPR角要小很多.通过实验表明,近红外SPR芯片可以实现表面等离子体谐振传感器微型化,进而推动微全分析系统的实现,降低其成本并提高其性能.

纯金膜表面等离子增强的旋光效应

为了研究棱镜的磁光特性对系统光学响应的影响,测试了单个BK7棱镜在全内反射条件下的旋光角度谱以及BK7棱镜与金膜组合构成Kretschmann结构的旋光角度谱,并根据传统光学理论分析了光谱的成因。理论分析结果表明:在单个BK7棱镜构成的全内反射结构中,棱镜底部对p波和s波产生的反射系数差异是导致系统进入全内反射临界角之前产生较强旋光效应的主要原因;在BK7棱镜与金膜组合构成的Kretschmann结构中,棱镜的磁光特性使得光波到达金膜表面之前产生了较小的s光分量,金膜表面等离子共振激发削弱了p光振幅,两种因素结合产生了一种新的表面等离子共振增强磁光效应的物理机制。实验结果表明:Kretschmann模式下,26nm厚金膜的表面旋光角最大为1.7°,克服了传统磁光克尔效应响应较弱的缺点。

基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器

提出一种基于Kretschmann结构的新型棱镜表面等离子体波共振(SPR)传感方法。基于常规SPR角度检测系统,固定入射光角度,检测不同待测液体介质所对应的光强反射率,实现对液体相关性质的检测。通过建立理论模型和数值模拟,考察棱镜基体类型、金属薄膜介电常数和厚度、入射光波长等参数对SPR光强反射率的影响,进而提出耦合系数η用以衡量SPR效应强弱和变化趋势。此检测方法可省去常规角度调制系统中精密角度旋转装置,无需实时调整光探测器接收角度,并可根据需要动态调整检测范围。

基于偏振分光棱镜的表面等离子体波传感系统

常规棱镜表面等离子体共振（SPR）传感器检测系统共振波谷浅且谷底平坦,从而导致共振波长不易确定。在常规棱镜SPR传感器系统基础上,加入偏振分光棱镜（PBS）,构建了一种新型棱镜SPR传感器系统。对PBS的分光带宽展宽进行了研究,提出了基于膜系设计的展宽方法。在无水乙醇检测的实验中,滤除s偏振光后,共振波谷谷底曲率半径由86.2394减小到39.3990,近似减少为滤除s偏振光之前的1/2,这与理论分析相吻合。采用常规和新型棱镜SPR检测系统分别对折射率在1.32-1.39内的6种液体进行了测量,分辨率从1.62×10-4提高到1.55×10-4。该系统能较好地滤除s偏振光,使得共振波谷更加尖锐,从而提高共振光谱的检测精度。