基于磁光表面等離子體共振(MOSPR)的折射率傳感器研究.pdf

1、表面等離子體共振是近些年來快速發(fā)展的一個新型傳感技術，由于其對周圍折射率環(huán)境的高靈敏度、無需標記、無損、可實時探測等特點，目前已大量應用于生物檢測、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等多個領域中。磁光表面等離子體共振是表面等離子體共振與磁光效應相結(jié)合得到的現(xiàn)象，相比表面等離子體共振它具有更高的信噪比和檢測限，目前其作為傳感器的靈敏度已可以應用，但仍需進一步提高，因此如何進一步提高其靈敏度是一個值得研究的課題。
　　本文根據(jù)磁光表面等離子體共振傳感

2、器件靈敏度會受到其中磁性材料的磁光常數(shù)影響的原理，采用了具有相比目前所用磁性層材料（鐵、鈷等）磁光常數(shù)更高的鐵鈷合金（FexCo1-x）作為磁光表面等離子體共振器件的磁性層材料，對不同成分的FexCo1-x在Au/FexCo1-x磁光表面等離子體共振結(jié)構(gòu)中的傳感性能進行了研究。通過對不同成分FexCo1-x薄膜的表征，利用新的方式（最小二乘法擬合）計算出了各成分下FexCo1-x的介電常數(shù)和磁光常數(shù)。根據(jù)所得光學參數(shù)通過4×4轉(zhuǎn)移矩陣法

3、對Au/FexCo1-x結(jié)構(gòu)仿真計算，并對器件結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。我們對設計所得結(jié)構(gòu)進行了實驗制備，發(fā)現(xiàn)各成分下Au/FexCo1-x結(jié)構(gòu)的最優(yōu)傳感靈敏度與該成分FexCo1-x磁光效應的強弱有關，所有結(jié)構(gòu)中Au/Fe0.7Co0.3結(jié)構(gòu)具有最優(yōu)的傳感靈敏度，證明了FexCo1-x可作為一種強磁光效應金屬薄膜應用于高靈敏度MOSPR傳感器。此外，由于FexCo1-x的高磁致伸縮效應，未來基于Au/FexCo1-x等磁光表面等離子體共振結(jié)

4、構(gòu)也能發(fā)展出基于MOSPR現(xiàn)象的應變傳感器。本文同樣研究了近幾年提出的全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)對磁光效應的增強作用。類似于局域型表面等離子體共振，全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)中也存在諧振，且相比金屬而言有一個新的磁諧振模式存在。由于介質(zhì)本身的低損耗，我們認為其諧振附近對磁光效應有一個高優(yōu)值的增強作用。通過有限元軟件COMSOL對全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)的仿真分析，我們證實了這想法。根據(jù)這個原理，我們提出全介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)未來能夠替代磁光表面等離子體共振結(jié)構(gòu)得到一個新型的高優(yōu)