光纤SPR传感器参数对折射率测量灵敏度的影响

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响，采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量，并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内，分别使用纤芯直径为300μm的光纤和400μm的光纤，测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差，并计算对应折射率；分析了在传感器适用的折射率范围内，各溶液质量分数与折射率之间的关系，并对理论结果进行了实验验证。结果表明，纤芯直径越小，传感器灵敏度越高，灵敏度可达10^-5量级；密度越高，测量中的稳定性越高，最大相位差标准差为0.145°;分子量越大，精度越高，蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10^-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。     

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。     

基于强度调制的光纤SPR系统的研究

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是一种将光纤纤芯作为激发SPR效应基体的新型传感器.阐述了SPR效应及其强度调制原理.设计出一套基于共振光强度调制技术的光纤表面等离子体传感器系统,通过Labview直观的图形化界面对共振信号进行采集.利用此系统针对不同折射率的溶液进行测试,得到光强与折射率关系.     

相位表面等离子体共振传感系统中的相差信号处理技术

为了进一步提高相位调制型表面等离子体共振(SPR)测量技术的分辨率,从相差信号解调算法方面进行了优化。基于马赫-曾德尔干涉仪结构的相位调制SPR系统中,携带传感信息的p光干涉信号与进行参考的s光干涉信号间存在着相位差。使用光电探测器和数据采集卡将两路干涉光信号采集到PC机,再结合数学计算理论和信号处理原理,最终通过设定逻辑条件选取出较理想的波形、运用锁相的思想对参与解调的光信号进行锁定、利用信号处理原理对2路光信号进行相应的处理,分析了2路干涉光在同一时刻的相位差异。基于该相差信号解调算法,一段时间内相位差异的起伏为0.006°,实现了4.7×10-7RIU(RIU表示单位折射率)分辨率的折射率测量。     

基于谐波分析的相位型表面等离子体共振传感器

提出了一种利用电光调制和谐波分析的相位型表面等离子体共振(SPR)传感器结构。和传统的相位型SPR传感系统相比,该系统结构采用一路光路并用软件实现相位提取和分析,简化了系统结构;P光、S光采用共光路的光路结构,可以有效抑制相位噪声;可以使用较低电压的调制电源。利用该系统对不同浓度酒精溶液进行了测量,取得了和理论预期相一致的结果。     

基于条纹投射和正弦相位调制的表面形貌测量系统

基于条纹投射和正弦相位调制技术,提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射,并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰,采用相位控制系统对相位漂移进行检测,并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad,从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次,时间间隔为10 min,测量重复度达到0.05波长。实验结果证明:该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。     

相位调制平行光延迟器的微波高精度测量

提出了一种新的相位调制平行光延迟器,使用双电极马赫-曾德尔调制器进行高精度测量微波信号到达角及等效到达时间差,建立了一个理论模型来分析系统的测量精度监控。空间时延测量转换成两个微波信号之间的相移,精度监测的结果显示,对从5°~165°相移的测量误差小于3.1°,具有重要的应用价值。     

光纤SPR传感器的信号检测及处理

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先,以表面等离子体共振传感理论为基础,对系统检测结果进行数据处理,得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下,检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计,从而得到有效的共振波长。其次,利用小波分析方法进行信号处理,校正了噪声产生的漂移,对光谱信号压缩处理,以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测,得到了良好的光谱响应曲线,证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。     

棱镜型表面等离子体波传感器测量液体折射率的研究

对表面等离子体波共振现象产生的原理和激发条件进行了阐述。从电磁场理论和粒子振动的角度 ,分析了棱镜型表面等离子体波传感器产生共振的角度和待测液体折射率、介电常数的关系。通过自行设计的一套棱镜型表面离子体波传感器测试系统 ,测定了从 0 %～ 70 %的不同浓度甘油水溶液折射率与共振角度的关系 ,得到的实验结果具有较好的重复性并和理论分析相吻合。由此可以得到一种基于SPR现象的液体折射率测量方法     

自校准法测量波片相位延迟

在旋转补偿器椭偏仪(RCE)的基础上,提出了一种自校准的波片相位延迟测量方法。该方法将补偿器的相位延迟作为未知参数,根据Mueller矩阵理论建立了4个非线性方程,求解得到待测波片的相位延迟;实现了补偿器相位延迟的自校准,消除了其定标不准确带来的系统误差,尤其适用于多个波长的波片延迟测量。在此基础上建立了一套波片延迟测量系统,并分析和模拟了各种主要的误差源对系统测量精度的影响。结果表明,对于任意延迟的波片,测量系统最大的系统误差和随机误差分别为0.036°和0.040°。此外,使用该方法分别测量了λ/4波片、λ/2波片、127°波片和空气(不放入任何样品)在波长517.3、525.0、532.4nm处的相位延迟以评估测量系统的性能,其中空气的相位延迟代表测量系统的测量精度,与模拟结果基本一致。     

分子印迹膜SPR传感器检测氯磺隆的方法

研究使用了中国科学院电子学研究所自行研制的高灵敏度单通道SPR分析仪和进样装置,仪器为棱镜耦合型SPR传感器结构,其检测角度范围是40°～70°,折射率检测范围为1.04～1.47,谐振角的精度在0.001°。适用于SPR分析仪的分子印迹芯片采用PVC-MIP共聚膜法制备,SPR角度扫描结果表明,200nm以下厚度芯片具有较好的SPR吸收特性。以氯磺隆为模板的分子印迹膜与不加氯磺隆的分子印迹膜对比实验发现前者具有特异性结合的能力。实验对浓度0.1,0.2,0.5和1μg/mL的氯磺隆进行了SPR定点检测,这四种浓度氯磺隆的折射率响应信号满足线性关系,相关系数R=0.996 4。实验中对低浓度的氯磺隆进行反复检测,检测到50ng/mL的氯磺隆,满足农残检测的要求。     

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。     

用于减少漂移的纳米定位干涉仪集成系统

基于表面等离子体共振 (SPR)的纳米定位装置可以实现纳米级的定位分辨率和重复性。通过设计特殊四面体棱镜 ,使四面体棱镜第一个反射面的入射角等于SPR的共振角 ,在该反射面上镀上金属膜 ,后面放置光纤探头构成SPR定位指零装置 ,实现了纳米定位装置和干涉仪系统的集成。干涉仪测量前利用SPR纳米定位系统确定一个零位 ,当发生漂移时回到定位零点进行读数校正 ,就可以减少干涉仪的漂移误差。建立了集成纳米定位装置的干涉仪系统。实验表明 ,干涉仪的测量不确定度从 70nm减小到 10nm ,提高了系统的测量精度和稳定性     

用于表面等离子体共振的加窗傅里叶变换法信号处理方法

提出了一种采用加窗傅里叶变换的新型信号处理方法，用于提取基于白光光谱干涉相位型表面等离子体共振系统中的相位信息。首先，详尽阐述了这种提取相位信息算法的基本原理；其次，分析了算法中影响精度的几项主要参数，如窗口宽度、采样频率、阈值等，分析表明，只有选取恰当的参数才能得到理想的探测精度；最后，根据实际算取的光谱相位差值得出实际探测精度为3.89410-7 RIU（折射率单位）。与之相对应的理论探测精度为3.90510-7 RIU。理论精度和实验精度误差为0.28%。可以看出，这种算法具有很高的精度。另外，这种算法还具有简单、易与其他数值分析方法结合的优点。     

表面等离子共振Ag-SnO2复合膜光学传感器

为了研究CuO的不同掺杂浓度对表面等离子共振角的影响,提出一种新型的棱镜耦合法Ag-SnO2(掺杂CuO)复合膜表面等离子共振光学传感器结构.采用射频反应溅射法在清洗处理后的金红石棱镜上依次制备Ag膜(50nm),SnO2膜(50nm),CuO和SnO2膜(50nm)4层膜结构,CuO的厚度依其不同的掺杂体积分数的不同而不同,经过退火实现SnO2薄膜的掺杂得到复合膜.以He-Ne激光62.8nm为入射激励光源,通过采用表面等离子共振实验方法,CuO的掺杂体积分数分别为0,0.01和0.05时,得到共振角分别为59.61°,60.52°和61.3°的结果.结果表明,CuO掺杂的体积分数越大,表面等离子共振的共振角越大.     

Sensitivity Enhancement of Surface Plasmon Resonance Imaging Using Periodic Metallic Nanowires

A nanowire-mediated surface plasmon resonance (SPR) imaging is numerically investigated for enhanced sensitivity. The results calculated by rigorous coupled-wave analysis present that interplays between localized surface plasmons and surface plasmon polaritons contribute to sensitivity enhancement. Compared to conventional thin film-based SPR imaging measurement, an optimal nanowire structure can provide sensitivity enhancement by 3.44 times as well as highly linear detection property for quantification of surface reactions of interests. This paper demonstrates the potential and limitation for a highly sensitive, label-free, and real-time SPR imaging sensor based on periodic metallic nanowires.     

横向塞曼激光器在生物分子检测中的应用研究

首先简述了表面等离子体共振原理、激发表面等离子体共振的条件和产生共振时反射光的相位变化,再对横向塞曼激光器的应用进行了分析.接着,基于相位检测,以横向塞曼激光器为光源,建立了生物分子相互作用检测实验装置,并以蓖麻毒素和羊抗小鼠抗体为样本进行了实验.实验表明:检测灵敏度高;在整个光路中,P光与S光完全重合,满足共光路原则,对空气折射率和其它各种扰动具有很好的自适应性,检测稳定性好;激光稳频精度可达3.5×10-10,与光强检测法相比,检测可靠性更高.横向塞曼激光器是基于SPR原理的生物分子相互作用相位检测的理想光源.     

基于Matlab平台的光纤SPR光谱特性研究

为了提高光纤表面等离子共振(SPR)传感器的灵敏度,扩大其检测范围,增加其实际使用价值,通过Matlab软件系统研究各可控参数对SPR光谱特性的影响,研究其对应传感灵敏度和动态范围,并创建了基于Matlab软件的图形化可操作界面。结果表明,随着光入射角度的增加,光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大;随着传感探针所镀金膜的厚度增加,光纤SPR光谱的动态范围向长波长方向移动,其传感灵敏度增加;随着光纤折射率的增加光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大。且采用不同的金属膜和不同折射率的光纤,光纤SPR光谱的动态范围和灵敏度也会发生变化。此外,还研究了分布式光纤SPR传感器的传感原理,并给出详细的研究数据进行论证,研究结果表明,多通道光纤SPR传感器的传感规律和单通道相同,且灵敏度并没有随着通道数量的增加而降低。     

新型双通道可选择性SPR光纤传感器的研究

设计了一种双通道表面等离子体共振光纤传感器,分析了Au、Cu两种材料对波长调制型表面等离子体共振光纤传感器的影响,优化了金属厚度并且选取优化后的金属厚度dAu=47 nm,dCu=53 nm进行数值仿真分析。结果表明,金属层为金的通道比金属层为铜的通道灵敏度高,但是金属层为铜的通道比金属层为金的通道检测精度高4倍;金属层为金的传感通道适合检测折射率较低的物质,而金属层为铜的传感通道适合检测折射率较高的物质,该传感器的提出扩大了单一传感器的应用范围,并且文中提出的传感器比传统的SPR传感器检测精度高,灵敏度和单通道传感器一样。