基于表面等离子体谐振原理的金属薄膜色散特性检测研究

摘要

金属薄膜的色散特性是产生表面等离子体谐振现象的重要条件之一。表面等离子体谐振(SPR)是一种物理光学现象，基于表面等离子体谐振原理的传感技术在光学、化学、生物、环境、食品分析、医疗及制药等领域得到了越来越广泛的应用，而该类传感器的性能与金属薄膜的色散特性密切相关。
　　 本文在分析研究了表面等离子体谐振原理和金属薄膜色散原理的基础上，用表面等离子体谐振的方法，对金属薄膜的色散特性进行了检测。
　　 在基本理论方面，本文对SPR原理和国内外基于SPR原理对金属薄膜色散特性研究的概况进行了介绍，从麦克斯韦方程组和边界条件出发对谐振条件进行了理论推导，并对谐振条件的修正进行了分析和理论计算。用Drude模型简要分析了金属薄膜色散原理。
　　 在实验方面，利用椭圆反射镜结构和高精度电控旋转台搭建了Kretchsmann棱镜型SPR角度扫描测量装置，安装了基于光电开关的零位定位装置，组装了光电转换电路，并用LABVIEW编写了该装置从驱动、数据采集到数据处理的程序，实现了装置的自动化。
　　 基于SPR角度调制的原理，通过分析光源中心波长、金属薄膜厚度、介电常数等因素对角度调制型SPR理论曲线产生的影响，利用检测到的数据，用LABVIEW编写了程序，同时计算出了金属薄膜介电常数和膜厚。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及现状

1.1.1研究的历史背景

1.1.2基于表面等离子谐振原理的传感技术

1.1.3国内外研究现状

1.2论文研究的意义和内容

第2章 表面等离子体谐振的基本原理

2.1金属的光学性质

2.1.1金属等离子体

2.1.2金属的色散

2.1.3光在金属表面的反射与折射

2.2表面等离子体谐振

2.2.1表面等离子体谐振条件

2.2.2 Kretchsmann棱镜型角度调制SPR结构的工作原理

2.2.3谐振角的求解方法

2.3本章小结

第3章 Kretchsmann棱镜型SPR角度扫描测量装置

3.1装置的工作原理

3.2装置的硬件设计

3.2.1光路部分的设计

3.2.2电路部分的设计

3.3装置的软件设计

3.3.1虚拟仪器

3.3.2零位定位部分的设计

3.3.3数据采集、存储部分的设计

3.4本章小结

第4章 金属薄膜介电常数的检测与计算

4.1影响角度调制SPR理论曲线的因素

4.1.1光源的频率

4.1.2棱镜种类

4.1.3金属的介电常数

4.1.4膜厚

4.2计算金属薄膜介电常数、膜厚的程序设计

4.2.1洛伦兹近似方法求金属薄膜的介电常数和膜厚

4.2.2计算金属介电常数、膜厚的程序设计与模拟分析

4.3金属薄膜介电常数、膜厚的计算结果及分析

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

致谢