改进型的spr角度调制系统

《改进型的spr角度调制系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第1章绪论1．1研究背景表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)是一种物理光学现象，当光的入射角或波长为某一值时，表面等离子体波(SurfacePlasmonWave，SPw)与光波两者的波矢沿金属薄膜与介质界面方向的分量相等，二者发生共振，入射光能量被吸收，反射光能量减小。对表面等离激元谐振(SurfacePlasmonResonance，SPR)现象的观察可以追述到1902年，当Wood用偏振光照射金属光栅时，在衍射光谱中观察到反常衍射现象，在实验中首次发现了表面等离子体波

2、的存在【1】。在随后的时间里，人们并没有对此产生重视。1941年，Fano利用金属与空气界面的表面电磁波激发模型【2】，证明了这个反常的衍射现象与金属衍射光栅表面上被激发的表面电磁波有判31。1957年，R．H．Ritchie描述到：高能电子通过金属膜，不仅是等离子体激元的能量损失，还有能量损失的吸收峰，并称其与金属膜表面有关，进而提出了金属内电子密度的纵向波动概念14]。Powell等人在1959年证实了R．H．Ritchie的“金属等离子体”理论。1960年，Stem等首次提出表面等离子体激元的概念【5】5

3、。1968年，Otto采用衰减全反射的方法证明了表面等离子体激元共振现象的存在，随后Kretschmann等采用与Otto不同结构的衰减全反射激发了表面等离子体激元【61。1．2国内外研究现状从20世纪70年代以来，SPR传感技术在金属薄膜的特性检测以及金属表面反应的实时检测方面受到人们越来越多的重视【71。Nylander在1982年将气体检测领域中引进了SPR原理的应用[s-g]。1983年，Leidberg将SPR传感技术应用于生物传感领域，首次开发生产出了基于SPR原理的仪器【10】。SPR检测传感器具

4、有灵敏度高，体积小，抗电磁干扰，响应速度快，生物样品无需标记，分析样品无需纯化等优点【11】。SPR在检测领域迅速发展，越来越多的实验室和研究中心逐渐开黑龙江大学硕士学位论文始了SPR传感检测以及传感设备的研发。近年，国外对SPR传感检测方面的研究，较为先进，部分已经进入商业化阶段。其中，知名的生产公司包括：德国的BioTulBioInstrumentsGmbH公司和XantecAnalysensystemcGbR公司【121，瑞典的BiacoreAB公司、英国的WindsorScientific公司、美国的Q

5、uantech公司和TexasInstruments公司[131等。这些公司生产的相关产品不但价格昂贵，而且对中国销售的部分高精度产品被严格控制。国内对SPR传感检测方面的研究的开始虽然相对较晚，但在各研究机构和高校的重视与努力下，取得了迅速发展，并在生物化学传感，物理检测等领域取得了长足的进步。在1992年，清华大学隋森芳教授成功的将SPR检测技术应用于蛋白质间相互作用的研究[14】。此后，国内各科研机构相继也开始了对SPR传感的相关研究。2001年，余兴龙等利用横向赛曼激光器作为光源，成功的设计了具有高分辨

6、率和高稳定性的光学外差相位检测装置[151。2003年，曹振新等开始对光纤SPR传感器的温度特性的研究[161。2005年，南开大学的刘国华等成功研制出可以自动完整的对数据采集、分析的SPR生物传感检测系统1171。2006年，暨南大学的张峰利用模拟仿真设备，设计了一套基于Kretschmann角度调制的SPR检测系统【18】。2007年，林开群等仿真研究了温度效应对角度调制型和波长调制型SPR传感器的影响【191。因Kretschmann结构具有稳定性良好，操控方便，最具实用潜力等优点，成为国内各研究中心和实

7、验室的研究热点。1．3SPR传感器的种类1、SPR传感器根据耦合机理的不同，大至分为四类：光纤型SPR传感器f20l、光栅型SPR传感器121-23]、波导型SPR传感器【24】和棱镜型SPR传感器(Otto型和Kretschmann型)。(1)光纤型SPR传感器的光学耦合元件是单根多模光纤。其设备简单便宜，多用于遥感和多路复用传输。由于光纤的特殊性，光纤型SPR传感器可以通过光纤实现远程检测和分布式检测等，具有较高的检测灵敏度，被广泛使用。第1章绪论环剥型的光纤探头装置是将一段多模光纤的包层去掉，在纤芯外侧表

8、面沉积金属膜后将待测物或待测介质附着在金属膜表面125-2s】。P偏振光从纤芯进入光纤，在纤芯与包层的界面处产生全反射。满足谐振条件后，消逝波将在金属薄膜中引发表面等离子体谐振，将探测器置于光纤的出口端，用以检测输出端光强度及波长信号。光在光纤中的传输角度并不固定，并且制作困难较大。D型光纤传感器，是一种可选择性的单模SPR光纤传感器。将光纤包层和纤芯一同抛磨至二分之一，再将上面镀金属