双波长强度调制的表面等离子体共振传感器的设计与仿真

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1、.基于双波长强度调制的表面等离子体共振传感器的设计与仿真YanHuang，Hong-anYe，Lai-xuGao，Song-quanLi，FengLiang，QianYang，BaiYang摘要:在本章中，我们提出Kretschmann棱镜耦合表面等离子体共振（SPR）传感器基于双波长的强度调制。为了研究传感器的传感特性，通过光纤滤波器两种波长，我们选择从放大自发辐射（ASE）约1550nm波长的光源。通过使用MATLAB建模程序，不同入射角已被用来模拟不同气体的折射率拟合曲线的反射差异。基于双波长的强度调制SPR传感器是一种新的传感器，通过改变入射角，它可以有效地扩大测量

2、范围，可以检测更多的样品。这种类型的SPR传感器在未来将有各种应用。关键词:表面等离子体共振（SPR）；传感器；双波长；强度调制一、介绍反常衍射光栅，由于激发表面等离子体波（SPW）的现象Wood在1902年首次描述。Stern和Ferrell提供的这种模式的共振条件，所描述的“表面等离子体共振的概念“（SPR），在1960年第一次被提出。Kretschmann和Otto在1968年证明了光激发表面等离子体（SP）的衰减全反射（ATR）的方法。Nylander和Leidberg在1982年演示了如何使用SPR的气体检测和生物传感。此后，SPR传感器激发的广泛关注，在遥感应用

3、领域，如物理检测，生物医药，化学分析，环境监测等。SPR传感器有许多优点，如响应速度快，体积小，抗磁场干扰。此外它的标签是免费的，而且可以用光纤连接，实现远程数据采集和在线监测等。SPR是一种物理光学现象。激发表面等离子体，这是由自由电子在金属薄膜的表面，引起可以实现用渐逝波全内反射（TIR）创建 一个P-偏振波。发生共振，当入射角或波长是一个适当的值相等。SPW波向量等于渐逝波矢量的切向分量时，将被吸收，入射光和反射光的能量将大幅下降。此外，共振浸，即，最小反射光的强度将出现在反射光谱。SPR是在位于旁边的金属薄膜介质的折射率的变化非常敏感。当被测介质的折射率改变，共振浸

4、会被改变。...SPR传感器可分为棱镜耦合器，光栅耦合器，光纤耦合器，根据不同的光学耦合方法。最常见的方法来激发表面等离子体是由棱镜耦合传感器基于ATR的方法手段。ATR的方法有两种配置：krestchmann几何和奥托几何。基于哪些特点SPR传感器测量光波与表面等离子体相互作用，可以列为角度，波长，强度，相位，偏振调制。目前，基于强度调制SPR传感器普遍和广泛使用，但他们往往需要获得一个P-偏振波的入射光，他们都非常敏感，任何光源强度波动。因此，传统的强度调制SPR传感器仪器复杂，光源必须是高品质和稳定性。为了克服这些负面因素，我们提出了一个新概念的基础Krestchma

5、nn棱镜耦合SPR传感器通过使用MATLAB理论模拟双波长检测技术。在这一章中，这是一个传统的强度调制稍作修改技术。一、原理一个四层Kretschmann的配置SPR传感器如图1。根据菲涅耳的方程，从这个p偏振光的反射率R实验装置，可表示为：……（1）图1Kretschmann棱镜原理图耦合SPR传感器……（2）……（3）……（4）...代表从介质2至4反射的反射系数，是在i和j媒介之间的边界反射系数（i，j=1，2，3，4）d2和d3代表厚度的介质2（铬）和3（金），分别。是中等我（j）波矢在z方向的分量。凡n1，n2，n3，n4的值，铬，黄金和棱镜的折射率被测介质和k0

6、是真空中的波矢和θ是入射角接口上。三种调制方法已在SPR传感最常用的：角度调制，波长调制和强度调制。目前，强度调制是最简单的方法，这是基于测量入射光波之间的耦合强度和表面等离子体在一个单一的发病率和波长，光波的强度作为一个传感器的输出。Krestchmann棱镜耦合SPR传感器的一个新概念双波长检测技术的基础上，建议在这一章，这是选择一个轻微修改了传统的强度调制technique。We放大自发辐射（ASE）光源，并使用两个光纤滤波器选择两种波长的事件灯（他们的能量几乎是相同的），在两种不同波长的反射光的强度是衡量探测器。R1和R2的两束光的反射率可以表示为：……（5）……（

7、6）图2双波长强度调制SPR传感器实验装置这里I0为入射光强度，I1和I2表示两个强度反射灯，分别从式5和6，我们可以得到不同R1和R2之间的反射：……（7）传感器的灵敏度是传感器输出的变化在变化中的比例的被测。SPR传感器...是非常敏感的折射率变化位于介质旁边的金属薄膜。因此，在SPR传感器分光强度调制，传感器的输出被定义为差异这两个反射强度（这是成正比的反射），被测分析物的折射率，因此仪器的贡献传感器灵敏度S可以写为R/N：……（8）一、实验装置的设计在本章中，我们设计了自制的实验装置在Kretschmann