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.     

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。     

基于表面等离子体共振成像的指纹采集

指纹识别技术是方便、可靠、非侵害和价格低廉的生物识别技术。为提高图像的质量,根据表面等离子体共振(SPR)的原理,提出采用表面等离子体共振成像(SPRI)采集指纹图像的方法。介绍了表面等离子体共振成像采集指纹图像的原理、自行组建的表面等离子体共振成像指纹采集系统的结构。采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励表面等离子体共振,偏振的平面光经棱镜投射到传感片,发生表面等离子体共振现象。由CCD摄像机采集反射光指纹图像。分别用表面等离子体共振成像方法和传统光学方法采集了同一指纹的图像。两图中主要区域指纹脊和谷的对比度分别为0.2014和0.0516。表面等离子体共振成像方法采集的指纹图像的对比度和清晰度显著提高。     

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。     

类H型腔耦合MIM波导的Fano共振及传感特性

提出了一种由对称的类H型谐振腔和独立枝节组成的表面等离子体金属-绝缘体-金属（MIM）波导结构。利用有限元分析法研究了该结构的Fano共振及其光学传感特性。结果表明,该结构可实现Fano共振,最大折射率灵敏度和品质因数分别为1078.33 nm/RIU和1259.2。同时,研究了结构几何参数对Fano共振的影响,并进一步实现了Fano共振线型和波长的独立调节。所提出的等离子体MIM波导结构在集成光子器件和纳米光学传感领域具有潜在的应用前景。     

表面等离子共振传感技术的发展与应用

表面等离子体共振（surface Plasmon Resonance SPR）技术是一种简单、直接的传感技术,是表面等离子体在金属和电介质的交界面上形成的一电荷层,在电磁波的激励下,表面等离子体发生共振现象。根据这一原理研制的表面等离子体传感器在检测、分析生物分子间的相互作用等方面得广泛的应用。介绍表面等离子传感器的工作原理和研究进展,由于其具有体积小、测量准确度高、抗电磁干扰能力强,因此表面等离子共振传感器在生物医学、环境保护、食品及化学等领域得到广泛的应用前景。     

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。     

突破衍射极限的表面等离子体激元

表面等离子体激元是外部电磁场诱导金属表面自由电子的集体共振,产生沿金属-介质界面传输的表面波,具有亚波长局域、近场增强和新颖的色散特性,在纳米光子学中发挥着重要的角色。利用表面等离子体激元构成的光学器件能够突破衍射极限,实现微电子与光子在同一个芯片上的集成。系统介绍了表面等离子体激元的基本原理,及其在光波导、探测器、调...     

微纳光子学亚波长器件研究的重要进展——逆向干涉相消法提高波分复用器透射效率50%

据www.opt.ac.cn网站报道,微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度,有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一块新兴微纳光子学领域,主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小、速度快和克服传统衍射极限等特点,有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻,将为新一代的光电技术开创新的平台。金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构,具有良好的局域场增强和共振滤波特性,是制作纳     

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。     

嵌入式纳米金阵列的表面等离子共振传感特性研究

基于本征值方程及时域有限差分(FDTD)算法,研究了嵌入二氧化硅衬底的菱形纳米金阵列表面等离子共振传感特性,推导出共振模式随嵌入深度变化的关系式.计算结果与数值模拟一致,验证了金纳米颗粒阵列上下介质的不对称性可以等效为单层介质光栅.理论分析了透射谱中产生多个共振峰的物理机制与影响因素,进一步探讨了透射谱与嵌入深度、长短轴比例、周期尺寸等参数的关系,分析了阵列结构的传感性能特点,为制作多波段工作的表面等离子体共振(SPR)传感器基底提供了理论依据.     

Fabrication and characterization of SPR chips with the modified bovine serum albumin

A facile surface plasmon resonance (SPR) chip is developed for small molecule determination and analysis. The SPR chip was prepared based on a self assembling principle, in which the modified bovine serum albumin (BSA) was directly self-assembled onto the bare gold surface. The surface morphology of the chip with the modified BSA was investigated by atomic force microscopy (AFM) and its optical properties were characterized. The surface binding capacity of the bare facile SPR chip with a uniform morphology is 8 times of that of the bare control SPR chip. Based on the experiments of immune reaction between cortisol antibody and cortisol derivative, the sensitivity of the facile SPR chip with the modified BSA is much higher than that of the control SPR chip with the un-modified BSA. The facile SPR chip has been successfully used to detect small molecules. The lowest detection limit is 5 ng/mL with a linear range of 5—100 ng/mL for cortisol analysis. The novel facile SPR chip can also be applied to detect other small molecules.     

Transmission-type SPR sensor based on coupling of surface plasmons to radiation modes using a dielectric grating

A transmission-type surface plasmon resonance (SPR) sensor is presented. In the transmission-type SPR structure, surface plasmon waves are outcoupled to radia-tion modes by the use of dielectric grating on a thin-film layer of Ag. Compared with the traditional reflection-type SPR sensor, the new method provides larger detectable range, which might be useful to investigate thick targets such as in cell analysis. Theoretical simulations show that the structures provide high transmission efficiency for surface plasmon resonance and the devices present extre-mely linear sensing characteristics. Furthermore, it is found that the transmission efficiency and the refractive index detection sensitivity of the SPR sensor can be improved by the use of a lower refractive index glass prism.     

基于表面等离子体共振的高灵敏度光纤微流控芯片

设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60 nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2 mm,最高检测灵敏度可达8240.6 nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。     

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。