基于Au/ITO纳米复合材料SPR自参照传感器传感特性的研究

摘要

表面等离子体共振传感器因其具有灵敏度高，检测精度高、实时监测、无需标记和对待测物无损伤的特点受到了越来越多的关注。传统的SPR传感器的金属层一般采用贵金属，如金、银，传感器的反射光谱只有一个共振峰。同时由于半导体氧化物氧化铟锡(ITO)的介电常数也是复数的特点，广大研究者开始研究能否采用氧化铟锡能代替贵金属产生表面等离子体，因而如何利用氧化铟锡激发表面等离子体共振成为了研究的热点。本文采用金和氧化铟锡的纳米复合材料代替传统的金属材料，设计了一种自参照SPR传感器结构，采用Matlab软件和Comsol软件对传感器的传感特性进行了深入的研究，为新一代表面等离子共振传感器提供了一定的理论基础和设计思路。
　　本文主要的研究内容为：
　　首先，介绍了在表面等离子体传感器的发展现状，研究了表面等离子体共振传感器的理论依据、薄膜理论和传输矩阵法，传感器的结构，调制方式，激发方式，传感器性能的主要指标，阐述了数值仿真的计算方法——有限元法。
　　其次，分析了棱镜材料，Au和Au/ITO纳米复合材料对偏振光与表面等离子体之间波矢匹配的影响。具体分析了基于Au/ITO纳米复合材料SPR自参照传感器系统中入射角、纳米材料层厚度、待测介质折射率、掺杂比对传感器性能指标的影响，并对结构参数进行了优化，对之后的表面等离子体共振传感器的设计和应用具有指导意义。
　　最后，分析了温度和浓度对折射率的影响，利用基于Au/ITO纳米复合材料SPR自参照传感器系统对乙二醇溶液折射率变化进行检测，拟合共振峰1处波长与溶液折射率的关系，根据折射率与浓度的关系推导出共振峰1处波长与溶液浓度之间的关系。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 表面等离子体产生原理

1.3 SPR传感器的调制形式

1.4 SPR传感器研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 表面等离子体传感器的理论基础

2.1表面等离子体的色散特性

2.2 表面等离子体的特征长度

2.3 产生SPR的光学方法

2.4 SPR传感器的结构研究

2.5 金属薄膜理论

2.6 表面等离子体传感器的主要参数

2.7 有限元法

2.8 本章小结

第3章 Au/ITO纳米复合材料SPR自参照传感器结构设计及参数优化

3.1 引言

3.2 有效介质理论模型

3.3 棱镜材料对波矢匹配的影响

3.4 纳米复合材料对波矢匹配的影响

3.5 结构设计

3.6 入射角的影响

3.7 待测介质折射率的影响

3.8 金属层厚度的影响

3.9 本章小结

第4章 SPR自参照传感器液体浓度的测量分析

4.1 引言

4.2 温度对折射率的影响

4.3 浓度对折射率的影响

4.4 共振波长与浓度之间的关系

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢