本文關(guān)鍵詞：多頻段表面等離子體共振傳感結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：表面等離子體共振(Surface plasmon resonance,SPR)是局域在金屬表面的自由電子被光波照射,在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生集體振蕩的一種特殊物理現(xiàn)象。它可以產(chǎn)生很強的局域電場,對周圍環(huán)境介質(zhì)的折射率變化非常敏感,由此產(chǎn)生的表面等離子體共振技術(shù)已經(jīng)在高靈敏生物、化學(xué)傳感器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著SPR傳感技術(shù)在不同領(lǐng)域的深入研究,利用金屬納米顆�；蚪饘偌{米顆粒陣列的局域表面等離子體共振(Local surface plasmon resonances,LSPR)傳感技術(shù),成為SPR傳感器研究的一個重要方向。本文針對傳統(tǒng)表面等離子共振傳感器敏感元件由于是平面均勻結(jié)構(gòu),在工作頻率范圍內(nèi)通常是單共振峰模式,不適用于多頻段、多通道傳感檢測環(huán)境的問題。首先研究了一種嵌入式菱形納米金陣列的表面等離子共振傳感結(jié)構(gòu),然后探討了其可以在多頻段工作的原因,最后將所研究的周期性陣列結(jié)構(gòu)應(yīng)用于SPR傳感器,并分析了該結(jié)構(gòu)的傳感性能。主要內(nèi)容如下:1.基于本征值方程及時域有限差分(FDTD)算法,對嵌入二氧化硅襯底的菱形納米金陣列的表面等離子共振效應(yīng)進行深入的研究,導(dǎo)出共振模式隨嵌入深度變化的關(guān)系式。數(shù)值計算結(jié)果與仿真模擬一致,驗證了金納米顆粒陣列上下介質(zhì)的不對稱性可以等效為單層介質(zhì)光柵的合理性。理論分析了透射譜中產(chǎn)生多個共振峰的物理機制與影響因素,對多頻段工作的SPR傳感器敏感元件的設(shè)計與制作具有較好的指導(dǎo)意義。2.在上述研究的基礎(chǔ)上,進一步探討了嵌入深度、長短軸比例、周期尺寸等參數(shù)對透射譜的影響,分析了這種結(jié)構(gòu)作為SPR傳感器敏感元件的傳感特性。從仿真模擬所得的數(shù)據(jù)可以看出基于嵌入式菱形納米金陣列的SPR傳感基底結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的性能,在給定的結(jié)構(gòu)參數(shù)下,三個共振峰對應(yīng)的折射率靈敏度分別為525.0nm/RIU、428.8nm/RIU和262.5nm/RIU,品質(zhì)因子分別為33.4、32.2和64.0,均滿足常規(guī)SPR傳感器的性能指標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O53;TP212

【參考文獻】

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本文編號：1262208