光子晶體增強(qiáng)的表面等離子體共振傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技術(shù)因其具有無需標(biāo)記、可實(shí)時(shí)無損檢測(cè)、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)目前已經(jīng)成為納米光電子學(xué)科的一個(gè)重要的研究方向，并引起了化學(xué)家、物理學(xué)家、生物學(xué)家等多個(gè)領(lǐng)域人士的關(guān)注。近年來，隨著生物技術(shù)安全問題的日益突出，對(duì)生物監(jiān)測(cè)靈敏度，分辨率等提出了更高的要求。基于此，本文對(duì)傳統(tǒng)的SPR結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出一種新型的基于一維光子晶體（one-dimensional photonic

2、crystal，1D-PC）的表面等離子共振結(jié)構(gòu)，并從理論分析方面依次討論了該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)理及性能特性。
　　首先，本文對(duì)這一結(jié)構(gòu)依據(jù)的基礎(chǔ)原理及理論分析方法進(jìn)行介紹。一方面詳細(xì)研究了光的全反射理論，倏逝波理論，表面等離子體等基本概念及PC結(jié)構(gòu)的基本原理。另一方面分析了多層膜反射理論傳輸矩陣法的相關(guān)概念，進(jìn)一步討論了該機(jī)構(gòu)所依據(jù)的理論分析方法。
　　其次，本文從構(gòu)建增強(qiáng)光學(xué)模場(chǎng)的PC微納結(jié)構(gòu)的理論機(jī)制出發(fā)，研究了PC層對(duì)于傳

3、感器性能特性的影響。通過模擬仿真，計(jì)算結(jié)果顯示隨外層折射率由1.333RIU變化至1.336RIU，新型結(jié)構(gòu)的平均靈敏度為1846.67nm/RIU，是傳統(tǒng)SPR結(jié)構(gòu)的1.15倍，半高寬度為7.5975nm，是傳統(tǒng)SPR結(jié)構(gòu)的0.32倍，F(xiàn)OM響應(yīng)為243.41RIU-1，是傳統(tǒng)SPR結(jié)構(gòu)的3.61倍。此外理論結(jié)果表明，這種新型結(jié)構(gòu)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)更大的檢測(cè)范圍。
　　再者，本文通過設(shè)計(jì)高效率的等離子激元激發(fā)機(jī)制，在基于增強(qiáng)光學(xué)模

4、場(chǎng)微納結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了激勵(lì)介質(zhì)對(duì)于傳感器性能特性的影響。理論結(jié)果表明隨外界折射率由1.333RIU變化至1.336RIU，基于光子晶體銀金結(jié)構(gòu)的半高寬度為15.5225nm，是光子晶體金膜結(jié)構(gòu)的0.73倍,FOM響應(yīng)為120.59 RIU-1，是光子晶體金膜的2.24倍。此外，基于光子晶體石墨烯結(jié)構(gòu)的半高寬度平均為10.2775nm，是光子晶體銀金結(jié)構(gòu)的0.66倍,FOM響應(yīng)大致為180.26RIU-1，是后者的1.49倍。