基于邁克爾遜干涉儀的表面等離子體共振相位檢測(cè)研究.pdf

1、表面等離子體共振(SPR)技術(shù)具有實(shí)時(shí)檢測(cè)和無需標(biāo)記的特性，因而被廣泛應(yīng)用到生化領(lǐng)域來檢驗(yàn)分子的結(jié)合或是測(cè)量待測(cè)溶液的折射率。為了提高檢測(cè)的靈敏度，研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向表面等離子體共振的相位檢測(cè)。相位檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受噪聲的影響。為了抑制系統(tǒng)的噪聲，開始將共光路的空間干涉法與相位檢測(cè)相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本文以檢測(cè)液體的折射率為目的，設(shè)計(jì)膜層結(jié)構(gòu)激發(fā)SPR，搭建干涉型 SPR相位檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究折射率變化與相位的關(guān)系。文章的主要研究

2、內(nèi)容包括：
　　改進(jìn)傳統(tǒng)的膜層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并加工制造新的樣品槽 V形槽，將二者結(jié)合注入待測(cè)液體構(gòu)成SPR的激發(fā)裝置，這個(gè)裝置具有易清洗，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。根據(jù)菲涅爾公式對(duì)多層膜結(jié)構(gòu)的反射率和相位進(jìn)行推導(dǎo)并給出推導(dǎo)式，得到多膜層結(jié)構(gòu)的反射率和相位。然后以此為依據(jù)，模擬研究SPR角度檢測(cè)和相位檢測(cè)下的特征曲線。重點(diǎn)是研究金屬膜種類和厚度、入射光源的波長(zhǎng)和角度、待測(cè)溶液折射率等可變因素對(duì)其特征曲線的影響。研究表明 SPR發(fā)生時(shí)，P光反射光強(qiáng)會(huì)

3、出現(xiàn)最小值，此時(shí)相位會(huì)發(fā)生劇烈的變化；上述的可變量都對(duì)特征曲線有影響。
　　以邁克爾遜干涉儀為基礎(chǔ)，研究?jī)蓚€(gè)點(diǎn)源干涉的模型，模擬迭加光強(qiáng)的周期性變化；并以等傾干涉為理論模型，模擬光程差改變對(duì)干涉圖樣的影響。然后改進(jìn)邁克爾遜干涉儀的實(shí)驗(yàn)光路并進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，觀察中心光斑的光強(qiáng)能量變化。此系統(tǒng)中利用分束棱鏡來替代兩個(gè)玻璃板，能有效地簡(jiǎn)化光路。通過使用壓電陶瓷位移平臺(tái)來控制光程的改變，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化。利用不同波長(zhǎng)的光源對(duì)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)

4、行檢驗(yàn)，使測(cè)量的半周期值達(dá)到納米量級(jí)。
　　搭建干涉型SPR相位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，需要將角度檢測(cè)和改進(jìn)的邁克爾遜干涉光路相結(jié)合，并引入偏振分束棱鏡得到偏振方向相互垂直的兩束光。利用瓊斯矩陣對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析驗(yàn)證了系統(tǒng)的正確性。然后利用此系統(tǒng)分別研究入射角度，溶液折射率與相位的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要利用角度檢測(cè)檢測(cè)出溶液的共振角，將 V形槽的位置設(shè)置在共振角附近，通過改變?nèi)肷浣嵌然蚴遣煌凵渎实娜芤?，來觀察相位的變化。最后的實(shí)驗(yàn)表明在共振