基于多层介质层结构的新型SPR传感器的研究

admin · 发表于 2022-9-15 10:19:47

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基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)的传感器具有灵敏度高、检测速度快、样品消耗量少、无需标记生物样品等特点，能够广泛应用于环保、生化、医药、生命科学等领域。然而，与荧光检测等具有超高精度的传感技术相比，传统SPR技术在检测灵敏度方面处于劣势，难以对超低浓度、超小分子进行有效检测。而目前国内外具有高灵敏度的新型SPR传感芯片大多存在结构复杂，成本高等缺点，限制了其发展。因此，在保证高灵敏度的前提下，研制结构简单成本低的新型SPR传感器必然能够推广SPR技术在各领域的应用，产生巨大的经济效益。本文从理论入手，以传统的基于单层金膜的SPR传感器为基础，提出了一种新型的高灵敏度SPR传感器，并对其各参数对性能的影响做出了定量分析，具有一定的指导意义。本文首先介绍了SPR传感技术的发展与应用，接着从理论上分析了产生表面等离子体波共振的条件。之后，本文系统讨论了传统的基于单层金膜的棱镜型SPR传感器的工作原理，研究了影响传感器特性的因素，并在材料确定的情况下计算得到了可获得最大灵敏度的结构。在此基础上，我们引入了具有周期性结构的多层介质层，从而得到了一种新型SPR传感器结构，根据Fresnel方程推导出多层结构的棱镜耦合SPR传感器的数值化模型，并从理论方面研究了以下几个内容:1、理论分析了新结构的工作原理;2、利用模拟退火算法，优化各层厚度以获得最大灵敏度;3、研究了不同周期数对传感器的性能的影响;4、研究了多周期结构下SPR峰切割全反射角的发生以及对传感器性能的影响;5、研究了加工精度和光源线宽对传感器的影响。

基于多层介质层结构的新型SPR传感器的研究

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