光纤SPR传感器的信号检测及处理

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先,以表面等离子体共振传感理论为基础,对系统检测结果进行数据处理,得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下,检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计,从而得到有效的共振波长。其次,利用小波分析方法进行信号处理,校正了噪声产生的漂移,对光谱信号压缩处理,以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测,得到了良好的光谱响应曲线,证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。     

集成波导型表面等离子体共振传感芯片及其理论分析

集成波导型表面等离子体共振传感芯片是表面等离子体共振传感技术和微电子制造技术相结合的产物.介绍了集成表面等离子体共振传感芯片的工作机理和基本结构,并通过基于传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,发展出简单实用的波导表面等离子体共振分析方法.利用该方法对波导型表面等离子体共振传感芯片的工作状态进行了理论建模,给出了各特性参数之间的关系.这证明该方法是分析等离子体共振传感芯片优化的有力工具.     

基于SPR光谱分析的液体折射率计

为了更好地测量液体折射率，提出了一种基于表面等离子共振波长测量液体折射率的方法，采用Kretschman结构建立了模型，进行了软件仿真，并搭建实验平台进行了实验研究，分析了实验和理论之间的误差来源。结果表明，当折射率在1.33RIU~1.36RIU的范围内变化时，表面等离子共振吸收峰随液体样品折射率的变化产生了频移，其灵敏度可达4808.94nm/RIU。该方法可以准确测量液体的折射率，且系统结构简单，具有较高的灵敏度。     

波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算

介绍了集成波导型表面等离子体共振传感器工作原理和基本结构,用传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,计算集成波导型表面等离子体共振传感器理论模型的共振波长。通过基于菲涅耳方程的解析分析,得到了含有表面等离子体共振吸收峰的透射谱。通过比较不同折射率被测物的透射谱,粗略确定了集成波导型表面等离子体传感器的检测范围。     

基于宽带光源的光纤SPR特性的仿真及实验分析

利用Matlab对光纤表面等离子共振(SPR)传感器进行仿真,得知选用纤芯直径为400 μm或600μm的石英光纤作为SPR传感器具有良好的折射率检测特性.实验选用宽带光源作为入射光,在波长550～800 nm范围内,应用Matlab仿真分析了不同折射率样品的共振波长与透射率的关系,与实验数据对比表明,仿真结果与实验结果相一致.     

棱镜型表面等离子体波传感器测量液体折射率的研究

对表面等离子体波共振现象产生的原理和激发条件进行了阐述。从电磁场理论和粒子振动的角度 ,分析了棱镜型表面等离子体波传感器产生共振的角度和待测液体折射率、介电常数的关系。通过自行设计的一套棱镜型表面离子体波传感器测试系统 ,测定了从 0 %～ 70 %的不同浓度甘油水溶液折射率与共振角度的关系 ,得到的实验结果具有较好的重复性并和理论分析相吻合。由此可以得到一种基于SPR现象的液体折射率测量方法     

可用作传感器的表面等离激元共振干涉仪

表面等离子体激元共振是研究薄膜和界面附近介质性质的有效方法[1]，它已成功地用于生物传感器和化学传感器[2]。该法的高灵敏度由金属表面的激光反射参数与该面接触的介质折射率共振关系决定。在这种情况下，通常利用反射束强度最小的角度变化作信息参数‘”由菲涅尔公式可知，金属表面反射率的变化伴随光束反射相位的变化」W。在表面等离激元共振条件下，椭圆测量法记录了类似的相位变化。但是，这种测量的复杂性和实际实验的繁琐性导致灵敏度降低，很难将椭圆测量法用于生物和化学传感系统。作者在文中提出，在表面等离激元共振条件下使…     

手性超构表面研究进展及应用

光学手性超构表面是由亚波长尺度单元所组成的平面或准平面光子器件。其结合了新的物理光学原理和前沿纳米制备技术，可产生极强的光学手性，在光学手性传感、手性粒子分离及手性调控等方面有广阔的应用前景。本文介绍了手性超构表面的基本原理，从金属材料和介电材料的角度分类总结了手性超构表面的国内外研究进展，重点关注其圆二色性响应和近场手性响应，并介绍了手性超构表面的应用方向。     

基于Matlab的SPR等离子体显示器仿真的研究

研究了基于表面等离子体波共振效应的一种新型显示器——SPR显示器。表面等离子体波共振效应是指入射光的水平波矢与金属一电介质界面处表面等离子体波波矢相同时产生共振的现象，如果电介质的折射率是一个复数，改变折射率的实部会导致表面等离子体共振波长发生改变（可实现颜色的改变），共振强度不变，折射率越大，共振波长越长；改变折射率的虚部则会导致表面等离子体共振强度发生改变（可实现亮度的改变），共振波长不变，虚部越大衰减越严重。表面等离子体波显示器正是基于这一原理而实现了SPR显示。文章对此显示器的设计做了一定的构想，并采用了Matlab软件对SPR等离子体显示器的显示原理、颜色、亮度及多像素进行了仿真。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

光纤SPR传感器测量液体折射率的研究

通过一套基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤传感系统，对三种具有相同折射率而类型不同的液体介质进行测试。通过研究SPR传感探头在四种不同液体介质中的光谱输出特性，获得SPR光谱共振波长、最小光强反射率随液体折射率、类型不同而改变的特性。这些工作为下一步使用光纤SPR传感探头进行复合材料的固化监测以及加工成型后的应变检测提供了依据。     

表面等离子共振Ag-SnO2复合膜光学传感器

为了研究CuO的不同掺杂浓度对表面等离子共振角的影响,提出一种新型的棱镜耦合法Ag-SnO2(掺杂CuO)复合膜表面等离子共振光学传感器结构.采用射频反应溅射法在清洗处理后的金红石棱镜上依次制备Ag膜(50nm),SnO2膜(50nm),CuO和SnO2膜(50nm)4层膜结构,CuO的厚度依其不同的掺杂体积分数的不同而不同,经过退火实现SnO2薄膜的掺杂得到复合膜.以He-Ne激光62.8nm为入射激励光源,通过采用表面等离子共振实验方法,CuO的掺杂体积分数分别为0,0.01和0.05时,得到共振角分别为59.61°,60.52°和61.3°的结果.结果表明,CuO掺杂的体积分数越大,表面等离子共振的共振角越大.     

基于光盘光栅的表面等离子体共振传感器

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件,通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数),理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响,发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

含光学非线性介质薄膜对表面等离子波的影响

表面等离子体是在金属和电介质交界面上所形成的电荷层,在电磁波的激励下表面等离子体会发生共振现象,影响电磁波的传播。为了拓宽表面等离子体共振技术的应用,研究了多层纳米膜结构中的表面等离子体共振,并且根据Fresnel公式和Walpita描述的矩阵方法,计算了光在含有非线性介质的多层纳米膜中传播时的反射率R,其中非线性介质具有光克尔效应和双光子吸收。应用Matlab软件,画出了反射系数R和入射角θ之间的关系曲线。进一步讨论了光学非线性对表面等离子体共振角谱的影响,其中光强在0.5×1012W/m2到1.5×1012W/m2的范围内,Rmin随着入射光强的增加而变大,而θp随入射光强的增加而呈递减的趋势。     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。     

基于等离子体共振1～10μm波段内可调节的双波段 超吸收研究

亚波长人工超构材料可以实现特定波长的近完美吸收,在红外光电器件应用中能够克服传统红外材料吸收效率低、厚度较大、工作波长受限于带隙等缺陷.本文利用金属/介质/金属结构构造了一种可大面积制备的亚波长结构,可以实现1-10μm波段内的双波段红外超吸收.通过时域有限差分法模拟和实验分析,我们认为该吸收器高频的吸收峰,主要来源F-P共振干涉增强吸收;而低频红外波段的吸收峰,主要得益于电偶极共振和磁共振模式的激发.利用退火工艺调节上层金颗粒的大小,可以有效地调节两个吸收峰的位置.