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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE基于表面等离子体激元的传感器原理与特性研究工程硕士201522050112陆兰松王智勇副教授摘要摘要表面等离激元共振(Surfaceplasmonresonance，简称SPR)传感器因其有较高的分辨率、高灵敏度、动态性能较好、安全、受外界环境的影响小、检测时不需要标记、可靠等优势，被广泛的应用于免疫技术、生物化学、环境保护方面、制药等多个领域，有
2、广阔的应用前景。本论文在表面等离激元共振效应的基础上，研制了一套Kretschmann结构的SPR传感器，对其进行优化设计。本论文详细介绍了SPR传感器的背景知识以及发展的趋势，介绍了SPR传感器的传感原理，重点阐述了衰减全反射和倏逝波理论，以及重点介绍了光激发表面等离激元共振效应的条件，介绍了常见的几个SPR激发结构，设计了几个SPR传感器模型，改变SPR传感器模型的参数，利用FDTDSolution仿真软件进行仿真，计算传感器的灵敏度和品质因子，然后进行分析和比较。研究了矩形光栅-玻璃复合结构SPR传感器，在厚度为50nm的银膜上刻蚀2
3、0nm深的矩形光栅，改变矩形光栅的周期，和单金属SPR传感器的灵敏度和品质因子进行比较，在这个基础上，改变凹槽的深度为30nm，和凹槽深度为20nm的SPR传感器的灵敏度和品质因子进行比较。在凹槽深度为20nm以及矩形光栅周期为48nm的基础上，改变矩形光栅的高度，分析和比较不同光栅高度结构SPR传感器对应的灵敏度和品质因子。当改变Ag膜的厚度，分析反射率曲线的共振深度和共振波长的变化情况。设计了三角形光栅-玻璃复合结构SPR传感器，在厚度为50nm的银膜上刻蚀深度为20nm的三角形光栅，改变三角形光栅的周期，和单金属SPR传感器的灵敏度进
4、行比较，然后和矩形光栅-玻璃复合结构SPR传感器的灵敏度进行比较。银-金双金属SPR传感器有着稳定化学特性的优点。分别在银膜厚度为20nm，金膜厚度为30nm的银-金SPR传感器和银膜厚度为30nm，金膜厚度为15nm的银-金SPR传感器的基础上，设计了双金属矩形光栅-玻璃复合结构SPR传感器，改变矩形光栅的周期，和双金属SPR传感器的灵敏度和品质因子进行比较，改变矩形光栅的高度，分析不同光栅高度的SPR传感器对应的灵敏度和品质因子。当改变Au膜的厚度，分析反射率曲线的共振深度和共振波长的变化情况。关键词：表面等离激元共振，传感器，Kret
5、schmann结构，灵敏度，品质因子IABSTRACTABSTRACTSurfaceplasmonresonance(SPR)sensorhasadvantagesofhighresolution,highsensitivity,gooddynamicperformance,safety,smallinfluencefromtheexternalenvironment,noneedformarking,reliabilityandsoon.Surfaceplasmonresonance(SPR)sensoriswidelyusedinman
6、yfieldssuchasimmunetechnology,biochemistry,environmentalprotection,andpharmaceuticals,andhasbroadapplicationprospects.Inthisdissertation,basedontheeffectofsurfaceplasmonresonance,aKretschmann-structuredSPRsensorisdevelopedandoptimized.Thispaperdescribesindetailthebackgroun
7、dknowledgeanddevelopmenttrendofSPRsensors,describesthesensingprincipleofSPRsensor,thetheoryofattenuatedtotalreflectionandevanescentwaveisemphasized,andfocusedontheconditionsofthephoto-inducedsurfaceplasmonresonanceeffect,introduceseveralcommonSPRexcitationstructures,severa
8、lsimulationmodelsofSPRsensorweredesigned,changedtheparametersoftheSPRsensormodel,usedsimu
