基于空芯金属包覆波导的生化传感器的研究

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1、[键入文字]分类号：密级：学校代码：学号：2012010629硕士研究生学位论文中文题目：基于空芯金属包覆波导的生化传感器的研究英文题目：ResearchofBio-chemicalSensorBasedonHollow-coreMetal-claddingwaveguide戴海浪院所：物理与通信电子学院导师姓名：桑明煌学科专业：光学研究方向：光电子器件二○一五年月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他

2、人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学

3、位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要空芯金属包覆波导作为传感器的理论分析，该研究重点讨论空芯金属包覆波导的灵敏度和利用高灵敏度的光电子器件进行了一些新颖的结果。该研究通过分析空芯金属包覆波导的结构和性质，可知该波导中激发的超高阶导模可作为生物和化学传感器而言，在灵敏度有明显的优势包括：1、耦合进入的光场的能量可以集中在导波层中的空芯区域；2、因为折射率和构造因素，导致波导具有很小的有效折射率使得波导中的导模对环境的变化非常灵敏，同时很窄的超高阶导模吸收峰

4、可以明显的显示出波导中的环境因素的改变。多种模式的场在空芯金属包覆波导中波导层的振荡而形成振荡场，使得空芯金属包覆波导作为传感器的灵敏度要高于一般的倏逝场传感器。通过边界条件和Maxwell方程等理论推导出的空芯金属包覆波导的反射率公式，接着通过软件建立空芯金属包覆波导结构模拟得到ATR谱图可知，ATR谱图的变化与波导中的折射率变化有直接的关系，然而物质的变化与物质折射率的变化有着密切的关系，所以最终可知ATR谱图与物质变化有直接表征的关系。通过分析波导中的折射率的改变分为两种，一种波导中自身物质结构的改变引

5、起了ATR谱图的变化，另一种就是外界环境的改变可以引起导模的变化。在文章主要涉及到是波导中的物质变化使得ATR谱线的一个变化。理论推导可知，覆盖和衬底的银的介电常数是一个复数形式：实部代表物质本征的损耗，另一个虚部代表的是辐射损耗。这两个部分的变化会引起如下现象：实部变动会使ATR图谱中的耦合角发生水平移动，虚部变动会使ATR图谱中的衰减全反射峰最低点上下移动。对于空芯金属包覆波导的理论分析，利用结构的特点设计好实验的系统之后，形成对空芯金属包覆波导进行全角度扫描的光学振荡场传感器的一套完整的传感实验方法，并

6、利用测量了一些生化领域的样品（包括：表皮生长因子，硫丹和小球藻）。对这些样品的测量的实验中，改变待测样品的浓度或者是配比，检测ATR谱图中衰减全反射峰的变化。通过ATR的变化来分析样品的变化分析表明，该传感器可以分辨出0.111mmol/L的小球藻浓度的变化，远好于使用色谱分析法测量得到的结果，该传感器可以分析不同结构的硫丹并且可以分析出两种结构的配比，该传感器还可以分析出表皮生长因子与药物相互作用的时间和药量控制的过程等。利用空芯金属包覆波导结构作为传感器的实际意义式显著的，通过该研究可以为接下的生化领域传

7、感器的研究提供可靠的一种思路。关键词：空芯金属包覆波导；超高阶导模；高灵敏度；ATR峰-I-AbstractStudyingofthetheoryofHollow-coreMetal-claddingwaveguide(HCMW),whichhashighsensitivityhasbeenfocused.AccordinganalyzingthetheoryofHCMW,canfindthewaveguideasbio-chemicalsensorhasobviousadvantages.That’sbec

8、ausetheUltra-highordermodes(UOM)canbeexcitedontheHCMW.Therearetwofactors:1.ThecouplingintotheenergyofthelightfieldcanbefocusedonthewaveguidelayerofHCMW;2.Therearetherefractiveindexandstructuralmaterial