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1、基于Au—Ag复合膜光纤表面等离子体共振传感器理论仿真探究摘要：为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振（SPR）传感器的抗氧化能力，可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和AuAg复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明：光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度，当Ag膜厚度由40nm逐渐增加到80nm时，共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小，且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小，共振波长变化范围较小，仅为7nm左右；Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大，不同厚度AuAg复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而
2、增大。关键词：表面等离子体共振；光纤；反射率曲线中图分类号：TN253；TP212.14文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2012.03.019引言表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance,SPR）传感技术因其对外界介质折射率（介电常数）的微小变化极其敏感而广泛应用于物质浓度、含量、温度以及能够引起折射率变化的相关参数等物理量的测量与检测，在生物医学、环境污染、食品安全以及石油化工等方面应用前景广阔[15]oSPR是一种物理光学现象，一般系指P偏振光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内
3、反射，消逝波在金属薄膜与介质界面处引起金属表面电子有规律的振荡，激发起表面等离子体波，入射角或波长在某一值时，表面等离子体波与消逝波两者的波矢在金属薄膜与介质界面方向的分量相等，达到波矢匹配，两者发生谐振，入射光通过消逝波与表面等离子体波的耦合，能量被金属表面电子强烈吸收，使反射光能量急剧下降，产生表面等离子体谐振现象。1968年，Kretschmann和Reather⑹提出了基于衰减全内反射棱镜耦合方式激发SPR,促进了表面等离子体共振传感技术的长足发展。目前，SPR传感器主要分为Kretschmann型棱镜角度调制型和光纤波长调制型两
4、类[7,8]。其中，光纤SPR具有探针体积小、结构紧凑以及可实现远程感测的优势，能够克服棱镜结构型SPR传感器体积大、需配备机械可动部件和不能进行远程传感等缺点[914]o因此，基于表面等离子体共振的光纤传感器引起了人们的广泛关注。已有研究表明，SPR传感特性显著依赖于金属薄膜厚度和金属材质[12]o通常，金(Au)膜因其具有良好的抗腐蚀能力而被用作SPR传感元件，但其传感灵敏度低于银(Ag)膜。探索两种薄膜的结合方式，以提高光纤SPR传感器的灵敏度和抗腐蚀能力具有重要的实际意义。为此，文中利用TFCalc国际薄膜设计软件对基于AuAg复
5、合膜光纤SPR传感器的传感特性进行系统研究，深入阐述薄膜厚度对光纤SPR光谱特性的影响规律。3结论利用TFCalc软件仿真研究了Ag膜和AuAg复合膜厚度对光纤SPR传感器反射光谱特性的影响规律，获得主要结论如下：(1)光纤表面等离子体共振现象吸收峰显著依赖于Ag膜厚度，当Ag膜厚度由40nm逐渐增加到80nm时，共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小，吸收峰锐化程度增强；(2)当Ag膜厚度由40nm逐渐增大到80nm时，表面等离子体共振吸收峰对应的反射率先减小后增大，其中60nm厚Ag膜的共振现象最明显；SPR共振波长随Ag膜厚度的增大而减小；(
6、3)不同厚度AuAg复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大，金膜的引入对共振吸收峰反射率的影响不大，各组AuAg复合膜的SPR光谱反射率均低于20%,共振现象明显。参考文献：[11ENGLEBIENNEP,VANH,VERHASM.Surfaceplasmonresonance:principles,methodsandapplicationsinbiomedicalsciences[J]・Spectroscopy,2003,17：255一273・[2]PILIARIKM,HOMOLAJ,MANIKOVAZ.Surfaceplas
7、monresonancesensorbasedonasinglemodepolarizationmaintainingopticalfiber[J]・SersorsandActuatorsB,2003,90(2)：236-242.[3]LINWB・Opticalfiberasawholesurfaceprobeforchemicalandbiologicalapplications[J].SensorsandActuatorsB,2001,74(3)：207-211.[4]WANGTJ,TUCW,LINFK.Surfaceplasmonr
8、esonancewaveguidebiosensorbybipolariza.tionwavelengthinterrogation[J].IEEEPhotonicsTechnologyLet
