光微流體傳感中的耦合激發(fā)與靈敏度增強(qiáng)研究.pdf

1、基于回音壁諧振模的光微流體生物傳感器以高靈敏度、高品質(zhì)因子、小體積、易于集成等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為光學(xué)傳感領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),微管腔在兼顧上面優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),還可用作待測(cè)樣品的輸送通道,因此備受重視。本文基于Mie散射理論,建立了微管腔生物傳感器的體傳感和表面?zhèn)鞲心Ｐ?推導(dǎo)了多層微管腔WGM模式的本征方程及模式場(chǎng)的分布情況,研究了微管內(nèi)壁涂覆高折射率介質(zhì)層提高傳感器靈敏度的方法,并對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的WGM諧振光譜進(jìn)行區(qū)分。完成的主要工作如下:
　　從矢

2、量形式的亥姆霍茲方程出發(fā),分別利用分離變量法和構(gòu)造矢量函數(shù)法求解了微管腔和微球腔內(nèi)部的電磁場(chǎng)分布情況,建立傳感器的體傳感和表面?zhèn)鞲心Ｐ?給出了多層環(huán)狀結(jié)構(gòu)的特征方程,然后利用微諧振腔的諧振加強(qiáng)條件分析了微諧振腔的傾斜、外部環(huán)境溫度變化對(duì)諧振的影響
　　基于柱坐標(biāo)系下矢量亥姆霍茲方程的求解,分析了熔錐光纖中的模式傳播問(wèn)題及其與微管的傳播常數(shù)匹配問(wèn)題,然后基于耦合模理論,利用直波導(dǎo)近似,推導(dǎo)了直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)的耦合系數(shù),并仿真計(jì)算了耦

3、合系數(shù)和波導(dǎo)間距、波導(dǎo)寬度、彎曲波導(dǎo)曲率半徑間的關(guān)系,最后基于時(shí)域有限差分算法仿真計(jì)算了微管外部或內(nèi)部涂覆介質(zhì)層對(duì)耦合系數(shù)的影響。
　　探討了模式折射率傳感靈敏度的影響因素,然后從理論上分析指出可以通過(guò)在微管內(nèi)壁涂覆高折射率介質(zhì)層吸引電磁場(chǎng)向微管內(nèi)部移動(dòng)來(lái)提高折射率傳感靈敏度,最后計(jì)算了折射率傳感靈敏度隨涂覆層厚度及涂覆層折射率的變化情況,并從幾何光學(xué)的角度指出了模式靈敏度大幅增強(qiáng)的原因。
　　搭建棱鏡-微管耦合實(shí)驗(yàn)裝置,成