棱镜反射式小型光学表面等离子体共振传感系统的研究

摘要

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是一种新型的光电传感技术，具备灵敏度高、样品用量少、稳定性好、无需标识和迅速检测等特征，SPR检测技术越来越多地应用于化学制药、生物检测、医疗和其他很多领域。但是目前成熟SPR检测设备都存在体积庞大、价格昂贵的问题，小型化是SPR设备发展的趋势之一。
　　本论文的主要目的是在当前小型化SPR仪器现状的基础上，提出新的解决方案并设计一套微型便携式SPR近红外检测系统。文中首先详细介绍了SPR传感技术背景、原理和发展趋势以及目前成熟的SPR仪器和小型化仪器特点。在充分总结和学习国内外小型SPR仪器研究成果基础上，基于Kretschmann SPR装置设计出新的光路和棱镜结构，并搭建了一套新型结构的棱镜反射式SPR系统。通过理论模拟对SPR系统的关键参数进行详细分析，讨论了入射角、棱镜折射率、金膜厚度等系统关键参数的影响，对反射式结构下的金膜厚度进行了优化，并自行设计加工了反射式棱镜、传感芯片、流通池、棱镜固定装置以及光束发射和接收装置，将光束发射和接收部分合为一体有效的减小了系统的体积，增强了系统便携性。
　　实验测试部分对装置的整体性能进行了测试，具有从可见光到近红外区的光谱检测范围，该装置主要工作波长为800-1000nm，在此范围内具有1.29×10-5RIU的灵敏度。实验结果表明，该系统具有良好的稳定性和重复性，而且结构紧凑、便携性好，灵敏度高，稳定性好，同时具有广泛光谱检测范围。