表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）描述的是一種光學(xué)現(xiàn)象,即使用光源照射金屬表面時,光子和金屬表面上存在的自電子在一定條件下會沿其表面相互作用而產(chǎn)生密集的振蕩效果,這種效果一般在金屬薄膜邊界處產(chǎn)生。然而,傳統(tǒng)金屬的電磁特性很難改變,難以實現(xiàn)對等離子體激元的調(diào)控。相比于常規(guī)貴金屬而言,石墨烯具有較低的光損耗、較強(qiáng)的束縛性及動態(tài)可調(diào)性等優(yōu)點。因此,石墨烯表面等離子體共振傳感器的相關(guān)研究成為近年來的熱點。通過使用石墨烯作為檢測層,可以大幅提高SPR傳感器的靈敏度。然而,石墨烯中的邊緣效應(yīng)和能夠調(diào)諧SPR的范圍過窄等問題限制了它在光學(xué)和光電應(yīng)用中的使用,且石墨烯材料在此類模式下結(jié)構(gòu)固定,導(dǎo)致它的共振波長也是固定的。雖然有研究者發(fā)現(xiàn)石墨烯的機(jī)械起皺可用于產(chǎn)生不同的表面結(jié)構(gòu),同時保持操作可逆性,但尚未有人探索將這種褶皺的石墨烯結(jié)構(gòu)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的SPR傳感器之中。在本研究中,首先根據(jù)石墨烯優(yōu)秀的光學(xué)特性使用其替代金屬作為SPR的激發(fā)材料,提出了一種連續(xù)褶皺結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜進(jìn)行傳感的SPR傳感器,褶皺的添加有效地激發(fā)出強(qiáng)等離子體共振。通過計算機(jī)仿真模擬將光... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

表面等離子體光柵耦合器的結(jié)構(gòu)

第1章緒論-7-1.3.3棱鏡耦合SPR傳感1968年，Kretschmann和Otto引入了使用棱鏡耦合器的表面等離子體激元激發(fā)[21]�；贙retschmann結(jié)構(gòu)的棱鏡聯(lián)軸器已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，可以激發(fā)表面等離子體的對準(zhǔn)簡單性，從而易于控制參數(shù)和變量[22]。Kretschmann棱鏡模型是一種最為簡單的且能夠有效激發(fā)SPR效應(yīng)的裝置，如圖1-4所示，它由石英棱鏡、金屬薄膜、環(huán)境介質(zhì)三部分組成，圖1-4使用Kretschmann配置的棱鏡耦合引起SPR的激發(fā)其基本原理是使用橫磁(TM)波(k)通過高RI棱鏡將表面等離子體在光滑的金屬感測納米膜(εM)的表面激發(fā)，在特定的入射角(θ)時，其RI大于介質(zhì)的RI(即nP>nD)。棱鏡耦合器結(jié)構(gòu)的共振條件描述如下：xspk=(1-6)MDPMD22nsinRe=+(1-7)因此，可以使用以下公式計算SPR的入射角：1MDPMD1sinRen=+(1-8)基于棱鏡耦合器激發(fā)的SPR的色散關(guān)系如圖1-5所示�？梢钥闯�，通過使用折射率材料nP，入射光k的傳播常數(shù)能夠在表示共振條件的交點處耦合表面等離子體激元βsp的波矢量。

燕山大學(xué)工學(xué)碩士論文-8-圖1-5TM入射光耦合表面等離子體的色散關(guān)系1.3.4波導(dǎo)耦合SPR傳感另一種有效的辦法是在SPR平面基板中采用引導(dǎo)模式以提高SPR傳感器性能。波導(dǎo)耦合器SPR通常以均勻的高RI材料nW制成，且厚度有限(2d)，并夾在基板或覆層之間，以沿波導(dǎo)層執(zhí)行全內(nèi)反射(TIR)波現(xiàn)象。為了深入了解SPR傳感器配置中的平面波導(dǎo)概念，圖1-6描述了用于激發(fā)表面等離子體的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。圖1-6使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合激發(fā)SPR這里需要注意的是，盡管當(dāng)耦合波在x方向上的傳播常數(shù)時可以激發(fā)SPR，但是kx等于SPW的波矢(βx)。與上文中解釋的棱鏡結(jié)構(gòu)的原理一樣，平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不能通過調(diào)制入射角進(jìn)行掃描。因此，波長調(diào)制法是信號采集技術(shù)的唯一選擇。或者考慮到波導(dǎo)厚度(2d)的數(shù)值孔徑代表金屬感測下方的TM波的入射角耦合，可以針對最佳數(shù)值孔徑來調(diào)節(jié)波導(dǎo)厚度以獲得滿足共振的條件。Lavers和Wilkinson在1994年提出了第一個基于波導(dǎo)的SPR傳感器用于檢測液體樣品介質(zhì)[23]。令人意想不到的是，用于激發(fā)SPR的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)也可以由光纖組成，

【參考文獻(xiàn)】：
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