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。     

An Enhanced Optical Multimode Fiber Sensor Based on Surface Plasmon Resonance With Cascaded Structure

A cascaded side-polished multimode fiber sensor based on surface plasmon resonance (SPR) is proposed. The sensing area is a multimode optical fiber in which half of the core has been polished away and a 40-nm gold thin film is deposited on to the polished surface. The cascaded structure is demonstrated in the small difference variation of the refractive index between the two solutions, deionized (DI) water and phosphate buffered saline (PBS). The transmitted intensity of SPR fiber sensor in dynamic measurement between single SPR fiber structure and the cascaded structure achieved to increase the variation from 73% to 58% for DI water and 70.5% to 53% for PBS, and enhance the difference between DI water and PBS from 2.5% to 5% is obtained in the experiment. The stability and the double variation to enhance the high sensitivity of the intensity measurement is achieved to be 2 times 10^-5 refractive-index units.     

表面等离子体共振传感器自适应测量光路

提出了一种用于表面等离子体共振（SPR）传感器的双棱镜自适应光路设计。采用2个完全相同的等腰直角三棱镜,1个作为Kretschmann棱镜结构传感器的元件,另1个作为光路的调整元件。当入射光固定,对双棱镜结构进行角度扫描时,出射光与入射光始终平行,只随着出射点的改变发生小的平移,利用凸透镜进行会聚,可以实现扫描过程中光探测器的固定不动。它避免了传统角扫描SPR传感器需要θ／2θ转角仪来对棱镜和光探测器分别进行θ和2θ角旋转的复杂结构,减少了运动部件,使仪器装置结构简单、紧凑、操作简便。     

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。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。     

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.     

表面等离子共振传感器用于酒精溶液浓度的测量

采用自行搭建的基于表面等离子共振原理的传感器系统,研究了作为敏感层的不同银膜厚度对表面等离子共振敏感度的影响,并给出了最佳的银膜层厚度.根据表面等离子共振(SPR)现象对金属表面介质折射率极为敏感的特点,在固定波长为632.8 nm的He-Ne激光入射下,利用厚度为50 nm的银薄膜作为敏感层的SPR传感器来测量不同浓度的酒精溶液.通过采用玻尔兹曼方程拟合方法,得出已知酒精溶液的浓度与SPR共振角的关系,从而实现对未知酒精溶液浓度的测量.实验证明测量的浓度分辨率可达0.5%.

Abstract：

Based on surface plasmon resonance (SPR) sensor system, the influence of the Ag-film thickness on the resonance sensitivity was presented. The result shows that the optimal thickness of Ag-film as the sensitive layer of SPR sensor system is about 50 nm. In addition, according to the property that SPR is sensitive to the refractivity of the medium on metal surface, different concentrations of alcohol solution were measured in the experiments at the angular interrogation mode of SPR. The relation between the known concentrations of alcohol solution and its SPR resonance angles was obtained with Boltzmann equation. Consequently, the SPR sensor can be adopt to measure the concentration of alcohol solution and the measuring sensitivity reaches 0.5 %.     

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。     

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.     

光纤表面等离子体波传感器用于固化监测的研究

介绍了一种利用光纤表面等离子体波传感器进行折射率测量的方法 ,并利用此方法对环氧树脂复合材料进行固化监测。对不同折射率的溶液进行了测试研究 ,并设计了一种用于折射率测量的光纤传感探头及整套的测试系统 ,用以对固化过程中环氧树脂在不同阶段的折射率变化进行实测。测试结果表明 ,该系统工作稳定、可靠 ,测试结果符合实际情况     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。     

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。     

集成表面等离子体共振传感芯片

集成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集成制造技术结合的产物。介绍了表面等离子体的共振传感的原理和传统器件;重点介绍了集成表面等离子体传感芯片的发展背景、基本结构、制造工艺,并给出了其在金属传感层、整体结构、传感附着膜三个方面的优化方向;对其未来的发展前景进行了展望。     

光纤表面等离子体共振光化学传感器的原理及进展

以光纤传输技术和表面等离子体共振(SPR)技术有机结合的光纤表面等离子体共振传感器,是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术之一.介绍了光纤SPR传感器的结构,工作原理和调制方式.在最新进展中,介绍了现在应用广泛的分布式光纤SPR化学传感器,以及倾斜光栅和光子晶体这两种结构比较新颖的光纤SPR化学传感器.最后给出光纤SPR传感器的发展方向.     

Self-Referencing in Optical-Fiber Surface Plasmon Resonance Sensors

We have achieved a self-referencing function in optical-fiber surface plasmon resonance (SPR) sensors by fabricating two tandem SPR sections in a single optical fiber and by coating one of the sections with a reference material to create an additional resonance at a longer wavelength for referencing, while keeping the other one for regular sensing. By choosing a reference material with a very large thermooptic coefficient, we have demonstrated an SPR optical fiber sensor that can, by itself, correct the effect of temperature variation in the testing medium.     

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。     

用表面等离子体谐振（SPR）测量物质的折射率

本文介绍一种用表面等离子体谐振间接测量物质折射率的新方法。从理论上对这种方法作了论证,运用这种方法对ＬＢ膜做了测试实验,推算出其折射率,并且分析了这种方法适用特点。     

金属表面等离激元增强聚合物太阳电池

研究了Au纳米颗粒表面等离激元增强聚噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混体系聚合物太阳电池的光电转换效率。Au纳米颗粒表面由双十烷基二甲基溴化铵(DDAB)修饰,能够均匀分散在活性层中。研究了Au纳米颗粒的质量分数对电池性能的影响,发现质量分数为1.2%时,电池性能最佳,转换效率高达3.76%,较未掺杂的参比电池相对提高约20%。掺入Au纳米颗粒后P3HT和PCBM共混膜光吸收显著增强,从而使电池外量子效率大大增加。电池效率的提升主要归结于Au纳米颗粒表面等离激元激发所引起的近场增强。