表面等离子体激元共振实验报告.docx

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1、表面等离子体激元共振仪一、实验目的1.掌握表面等离子体激元共振仪的原理和使用方法；2.了解表明等离子体激元共振仪在生物传感器方面的应用；3.掌握使用仪器测量生物样品的方法。二、实验原理表面等离子体激元共振是一种非常灵敏的表面光谱技术，它是利用金属/电介质界面产生表面等离子体激元极化(Surfaceplasmonpolaritons,SPPs)时金属（Au,Ag,Cu,Al）表面的光区加强效用。SPPs是光子和等离子体激元耦合的表面电磁波，沿着金属/电介质表面传播，可以用来提高各种光谱测量的灵敏度（单或双

2、光子表面荧光，拉曼散射，SHG）。与SPP有关的光区强度在离金属界面200nm范围内成指数衰减。通过SPPs最简单的形式，SPR反射率可以用来测定金属表面吸附的薄膜的折射率和厚度。椭圆偏振是另外一种可以用来测量薄膜的折射率和厚度的表面技术，但是在超薄膜（<40nm,视基体而定）的测量中它的灵敏度不如SPR。SPPs是由金属/电介质介面的处于谐振的电子与光能的耦合产生的。只有用p-极化光波激发才能产生（也就是光的电场矢量平行于入射光的平面），并且传播矢量或是波矢量ksp，位于金属表面的平面。SPPs振幅在

3、金属/电介质介面是最大的，随着远离界面的距离成指数衰减。这主要是因为与在金/空气界面的表面等离子体激元形成有关的电场,，随着远离金膜表面而指数衰减。这个电场随着远离金膜表面而呈指数衰减，当在164nm处达到1/e，这给出一个表面等离子体激元可探测的大体范围。许多的表面光谱技术利用了这种增强，包括拉曼，荧光和二次谐振的发生。表面等离子体激元在金属/电介质介面的分布关系如下所示：ω=cksp1εm+1εa其中，ω是光的频率，c是光速，ksp光子的波矢量，εm和εa分别是金属和电介质（通常是空气和水）的介电常

4、数。SPPs在金/空气界面的分布关系如下图中实线所示，由方程（1）计算所得。在全反射(Totalinternalreflection)的情况下电场在金属与棱镜表面并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失波（Evanescentlightwave）。该消失波可以与金属薄膜内的自由电子作用，形成表面等离子体激元。消失波的平行矢量表达如下：kpara=npωcsinθnp是棱镜的折射率,θ是入射光角度。三、实验数据