波导结构表面等离子共振传感器的基础研究

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表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,简称SPR)传感器在生物检测中表现出灵敏度高、检测速度快、可实时监测等多种优良性能受到很多研究人员的关注。迄今为止,很多的公司都研制出各种商业化的SPR传感器。传统的SPR传感器虽具有其他传感器不可比拟的优势,但由于传统的SPR传感器的分辨率较低,不能满足生物研究和医学领域的高要求。波导结构SPR传感器的分辨率比传统SPR传感器高一个数量级,可以检测到更小的折射率变化量。  传统三层结构(被测物/金属/介质)的SPR传感结构在角度调制下,由于反射率曲线较宽,当被测物折射率变化较小时,无法准确判断共振角的移动量。本文以提升传感器的探测极限为目标研究了等离子长程表面共振(Plasmon Long-Range Surface Resonance)传感结构和耦合等离子体-波导共振(Couple Plasmon-Waveguide Resonance)传感结构。LRSPR结构是在介质层与金属层之间引入一层氟化镁波导层,通过模拟得到不同厚度的金属层和氟化镁波导层对反射率曲线的影响(共振角、半峰宽和共振深度),金属层和氟化镁层最佳配比为:银膜40nm,氟化镁800nm;金膜30nm,氟化镁700nm。尤其对于金膜结构,在最优配置下,反射率曲线的半峰宽为0.87nm。CPWR结构是在金属层和被测物之间引入一层波导层,文中分别研究了氟化镁波导和二氧化硅波导对反射率曲线的影响。通过研究,我们发现如果波导层的厚度在10nm以内,CPWR的反射率曲线并不受影响,此时波导层可在银膜结构中保护银膜不被氧化。在金膜结构中,当氟化镁波导层厚度达到700nm时,反射率曲线中出现锋锐的吸收峰,新出现的吸收峰半峰宽为0.38nm,有效提高了传感器的分辨率。
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