基于超连续谱光源的表面等离子体共振效应

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1、国防科学技术大学硕士学位论文基于超连续谱光源的表面等离子体共振效应姓名：黄值河申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：陈金宝2010-11 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要表面等离子体激元(surfaceplasmonpolaritons，SPPs)是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波，其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减。超连续谱激光光源既具有光谱很宽且平坦的特点，又保持了激光光源相干性好、亮度高的优点。研究基于超连续谱激光光源作用下的SPPs共振效应，能够比较全面地从光强反射率和相位变化上反映表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance,

2、SPR)效应。探索基于超连续谱激光光源作用下的SPPs共振效应具有重要的理论和实际意义。本文以SPR效应为研究对象，从镀金膜棱镜型结构和镀金膜光纤型结构这两种常见的构造方式上，进行了相关的理论和实验研究。本文的主要内容如下：1、从理论分析和数值模拟的角度对SPR效应做较全面的分析和模拟，并分别讨论了光源、介质材料及其色散关系、介质膜层厚度、光线入射角和外界环境对SPR效应的影响，通过模拟给出这些影响因素的优化状态，为实验研究提供指导。2、研究了基于镀金膜棱镜结构的SPR效应的测试原理和测试方法；在超连续谱光源作用下，整个系统可以集于一体。用波长扫描方式和角度扫描方式分别进行了测试实验，给出

3、了理论与实验的对比结果，两者符合得较好，并分析了其中产生误差的原因。3、研究了基于镀金膜光纤结构的SPR效应的传感原理，并制作了光纤SPR传感器。采用超连续谱激光光源，使SPR效应探测系统全光纤化。然后进行了镀金膜光纤结构的SPR效应的传感测试，给出了理论和实验结果，并分析了其中产生误差的原因。关键词：表面光学；超连续谱；表面等离子体激元；表面等离子体共振；光子晶体光纤；衰减全反射第i页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文ABSTRACTSurfaceplasmonpolaritons(SPPs)isaspecialsurfaceelectromagneticwavethatpropag

4、atesalongtheinterfacebetweenaconductorandadielectric.AmplitudeoftheSPPsexponentiallydecaysastheincreasingofthedistancefromtheinterface.Supercontinuum(SC)laserisalasersourcewithadvantagesaswideandflatspectra,highbrightnessandgoodcoherentcharacters.ByresearchingtheSClasersourcebasedsurfaceplasmonres

5、onance(SPR)effect,wecangetamorecomprehensivereflectionoftheSPReffectfromfactorsasthelightintensityreflectivityandthephasechange.TheSClasersourcebasedSPReffectisasubjectwithimportanttheoreticalandpracticalsignificance.TheoreticalanalysisandexperimentalresearchoftheSPReffectwascarriedoutinthepresent

6、paper.TheSPReffectintheinstallationswithcoatedprismstructureandcoatedfiberstructurewereanalyzed.Themaincontentsofthepresentpaperwereshownasfollows:Firstly,theoryoftheSPReffectwasanalyzedindetailandnumericalsimulationsoftheSPReffectwerecarriedout.Influenceinducedbyingredientsasthebeamsources,thefil

7、mthicknessofdielectric,thedispersioncharacterofdielectric,theincidenceangleoflightandtheexternalenvironmentwereanalyzed.Simulationsoftheoptimizationsoftheseingredientswerecalculated,whichprovidedguidancefortheexp