基于光盘光栅的表面等离子体共振传感器

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件,通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数),理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响,发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

基于光栅的表面等离子体共振传感器的原理及进展

基于光栅的表面等离子体共振(SPR)传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.论述了SPR传感器的工作原理、调制方式和光栅耦合式SPR传感器的理论.介绍了该领域的研究成果,包括利用光纤布拉格光栅(FBG)的空芯光纤SPR传感器、利用FBG或长周期光栅(LPG)的普通光纤SPR传感器、利用平面波导光栅的SPR传感器、利用金...     

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...     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器的设计与分析

为了实现光子晶体光纤在近红外波段下的高灵敏度传感,设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(SPR-PCF)折射率型传感器。光纤内部的空气孔呈六边形排列,金纳米层完全包覆光纤外璧并与圆形待测物通道接触。利用有限元矢量软件COMSOL对SPR-PCF传感器的光学特性进行数值模拟仿真,得到不同待测物折射率的共振波长并绘制出纤芯损耗光谱,通过纤芯损耗光谱来对SPR-PCF传感器的传感特性进行分析。实验结果表明,其折射率测量区间为1.31~1.38,最大光谱灵敏度为104 nm/RIU,最大振幅灵敏度为200RIU-1,折射率测量精度为2.94×10-5RIU。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤生物传感

为解决电化学生物传感的电磁干扰,提高光学生物传感的灵敏度,提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光子晶体光纤(PCF)传感结构并将其应用于脱氧核糖核酸的检测中.为了易于检测,将Au膜镀在PCF的外表面直接接触待测溶液.利用全矢量有限元法结合各向异性的完美匹配层对该结构进行数值研究.结果 表明,在1.333～1.34...     

基于细芯光纤结构的表面等离子体共振折射率传感器

表面等离子体共振(SPR)传感器常用的光纤处理方法易使光纤结构脆弱,从而导致机械性能下降,提出了一种基于细芯光纤(TCF)SPR原理的折射率传感器.通过使用单侧均匀涂覆金(Au)膜的多模光纤-细芯光纤-多模光纤(MMF-TCF-MMF)结构作为传感单元,折射率传感器能够在1.34~1.4161的范围内达到3045.69 nm/RIU的衰减谷宽度灵敏度和48.09 dB/RIU的能量损耗灵敏度;在1.34~1.3797的范围内达到112.21 nm/RIU的SPR峰波长灵敏度和-86.27 dB/RIU的SPR峰值灵敏度.实验结果表明:与传统SPR传感器相比,该传感器易制备,且机械稳定性和灵敏度高.     

基于MSM结构的表面等离子体共振光纤折射率传感器

基于表面等离子体共振(SPR)效应,设计了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构的光纤折射率传感器。采用光纤熔接的方式构成MSM结构,并且在单模光纤的表面涂覆二氧化钛/银(TiO2/Ag)复合膜构成传感单元。利用FDTD Solutions仿真分析了单模光纤长度与金属膜厚度对传感器性能的影响。结果表明:单模光纤长度越长,共振深度越深;TiO2/Ag复合膜中Ag膜厚度为50nm,TiO2膜厚度为20nm时,传感器性能最优,在1.33~1.41环境折射率范围内,传感器的灵敏度约为6 875nm/RIU。实验结果表明该光纤折射率传感器结构制作工艺简单、灵敏度高。     

表面等离子体共振类熊猫型光子晶体光纤传感器

分析了基于表面等离子体共振类熊猫型的光子晶体光纤传感器,采用基于全矢量有限元法（FEM）对光纤模式进行了数值计算,在各向异性完美匹配层（PML）边界条件下,求解模场的有效折射率。讨论了各个参量的尺寸对传感的影响。计算表明,激发的等离子体对环境介质折射率的变化非常敏感,所设计传感器最大光谱灵敏度达到2 μm/RIU,若光谱仪的分辨率为10 pm,则传感器的分辨率可以达到5×10-6 RIU。     

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器,该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测,还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器,实验获得了不同共振波长对应的共振图像,然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相,建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系,用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650nm,测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU,是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性,再通过计算图像局部区间的平均色相,可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。     

集成波导型表面等离子体共振传感芯片及其理论分析

集成波导型表面等离子体共振传感芯片是表面等离子体共振传感技术和微电子制造技术相结合的产物.介绍了集成表面等离子体共振传感芯片的工作机理和基本结构,并通过基于传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,发展出简单实用的波导表面等离子体共振分析方法.利用该方法对波导型表面等离子体共振传感芯片的工作状态进行了理论建模,给出了各特性参数之间的关系.这证明该方法是分析等离子体共振传感芯片优化的有力工具.     

透射式金属光栅耦合SPR传感器

用磁控溅射技术在双面抛光的蓝宝石衬底上沉积了20 nm Ti和100 nm Au的金属薄膜,通过标准光刻工艺制备出1.6和2.0μm两种周期结构的一维光栅表面等离子体共振(SPR)传感器。用时域有限差分算法(FDTD)模拟仿真并结合实验测试的透射光谱,研究分析了不同周期结构的金属薄膜光栅型SPR传感器的特性。基于金属光栅耦合,利用表面等离子体激元(SPP)的局域特性和光栅的选频特性,实现了SPR传感器的信号增强和滤波功能。研究结果表明,利用金属薄膜光栅表面介质的变化引起的光栅透射光谱中激发表面等离子体共振峰的位置变化,可以获得被测物体的物理、生物和化学等相关特征信息。     

平面波导激励的对称型表面等离子体共振结构的研究

研究了一种平面波导激励的对称型表面等离子体共振（SPR）结构,该结构以一定厚度的介质两侧覆盖金属层为核心。理论分析表明,该结构的TM0模式为表面波。研究了一定波长下不同介质时金属膜间介质厚度与等效折射率之间自勺．关系。采用离子交换技术制备了多模平面波导,对其等效折射率进行了测试,采用平面波导激励对称结构的等离子体表面波...     

不同波长下表面等离子体共振传感器的灵敏度

依据玻璃、银和聚苯乙烯的折射率随波长变化而改变的性质,分析了不同波长入射光条件下表面等离子体共振(SPR)传感器的探测灵敏度。根据得到的实验数据,对玻璃、银和聚苯乙烯的折射率相对波长的变化进行了数据拟合,将拟合的结果用于理论计算,得到不同入射波长下表面等离子体共振传感器的探测灵敏度,提出了不同灵敏度要求下入射波长的优化选取。为了验证理论计算的结果,选取了波长为568nm和632.8nm的光源对样品进行了相关实验,发现波长632.8nm的入射光得到的样品表面形貌图相对波长为568nm的入射光得到的分辨率高,对细节的表现更加清晰。     

纳米银掺杂的液晶/聚合物全息光栅中的表面等离子体共振

报道了纳米银颗粒的局域表面等离子体共振能显著提高全息聚合物分散液晶(H-PDLC)光栅的衍射效率。着重分析了球形纳米银颗粒在PDLC中的表面等离子体共振特性,根据Mie理论,模拟计算了球形纳米银颗粒在PDLC材料中的消光光谱并得出了相应的表面等离子体共振峰值,且该值与用光谱仪测得的材料吸收峰值相近。同时,根据准静态近似理论,模拟了球形纳米银颗粒在特定波长的光照射下的球内外电场分布。证明了球形纳米银颗粒在聚合物分散液晶材料中发生表面等离子体共振,当用与共振峰值相近的激光对材料进行曝光时,可以增强液晶与聚合物的相分离过程,所制备的光栅样品结构更加整齐平滑,从而提高了光栅的衍射效率。     

表面等离子体共振传感器研究的新进展

表面等离子体共振传感器具有灵敏度高、免标记及检测快速等优点,在生命科学、药物开发、公共安全、环境污染检测等领域具有广阔的应用前景。高灵敏度、小型化、集成化、低成本、高可靠性是未来表面等离子共振传感器发展的主要方向。介绍了棱镜耦合复合结构表面等离子体共振传感器在提高灵敏度和分辨率方面的研究新进展,重点论述了光纤表面等离子体共振传感器的研究现状和发展趋势,并对高通量、多组分识别表面等离子体成像技术以及金属微纳结构(颗粒)局域表面等离子共振传感技术的应用前景进行了讨论。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

纳米柱阵列传感器的结构优化设计

采用时域有限差分法(FDTD)对Ag纳米柱粒子构成的三角、方形和六角三种有限阵列排布方式下的局部表面等离子体共振(LSPR)传感特性进行了研究,讨论了三种阵列排布方式下栅格间距的变化对其消光特性、折射率灵敏度(RIS)和品质因素(FOM)的影响。栅格间距的变化使粒子间的电磁耦合发生了变化,进而改变了消光谱线,相应的折射率灵敏度和谱线的半高全宽也都发生变化。仿真结果表明,三角、方形和六角阵列的栅格间距分别为550,475和550nm时,品质因数分别取得极大值10.35,8.92和7.38RIU-1,较单个银粒子的2.76RIU-1分别提高了3.75,3.2和2.67倍。最优时,阵列结构的RIS均比单个的要高,分别为单个的1.2,1.16和1.18倍,且半高全宽(FWHM)均比单个的要窄,分别为单个的0.32,0.36和0.44倍。因此,阵列结构能够获得比单个结构更佳的传感灵敏度,且三角阵列结构比方形阵列和六角阵列的传感灵敏度要高。因此,三角阵列结构更能提高传感灵敏度,这对于纳米粒子的传感特性研究具有一定的指导意义。     

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。     

基于交替光栅光纤复合结构折射率传感特性研究

基于D型多模光纤表面沉积交替光栅构成了一种 光纤结构折射率传感器。利用传输矩阵法和时域 有限差分法FDTD协同研究了传感器透射光谱特性及共振吸收峰产生的机理。在优化设计结构 基础上探究 了折射率和温度双参量传感特性。研究结果证明,光纤复合结构具有双通道和超窄线宽双重 光谱特性;基 于两种共振模式折射率和温度的差异敏感性,选择两共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩 阵方程获得温 度补偿后的折射率传感灵敏度和品质因数分别为562.8 nm/RIU和24.14/RIU。 该传感器结构简单,体积小,易于集成,同时可消除温度交叉敏感的干扰,更具实用性。