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《东南大学》 2005年
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基于表面等离子体共振效应的信息获取和显示

曹振新  
【摘要】: 感觉媒体和显示媒体是多媒体技术的重要分支,尽管目前的视听技术和显示技术发展迅速,然而感觉媒体中嗅觉、味觉等媒体的发展却相当滞后;同样,虽然目前存在多种显示技术,然而真高清晰、真彩色的显示技术发展也不尽人意。为此,本论文基于表面等离子体共振(SPR:Surface Plasmon Resonance)效应,主要研究了可以用于嗅觉、味觉的检测技术和高清晰、真彩色的显示技术。 SPR效应是一种物理光学现象,利用该效应可以设计SPR传感器和SPR显示器:当调制层材料折射率一定,改变被测对象的折射率会导致共振波长或者共振强度变化,利用这一效应可以设计SPR传感器,借此可望扩充对于味觉、嗅觉等感觉媒体的自动化感知手段;而当被测对象折射率一定,改变调制层材料折射率会导致共振波长或者共振强度发生变化,利用这一效应可以设计高清晰、真彩色的新型显示器件,借此可望丰富对于显示媒体的表现形式。 本论文首先讨论SPR机理,进而设计光纤SPR传感器和检测系统,研究数据处理方法,最后引入SPR显示技术,具体包括: 从理论角度详细描述了SPR机理,导出了发生SPR现象的条件,给出了理论计算公式和相关参数的计算方法。 详细研究了光纤SPR传感器的机理,推导了理论计算公式,并用实验表明该理论推导是合理的。根据建立的理论计算公式和实际检测的金膜光纤SPR传感器数据,对金膜参数进行了修正。为了设计出性能优异的光纤SPR传感器,从抗干扰、检测灵敏度、检测范围等多方面详细研究了传感器各设计参数对其性能的影响,给出了各项参数的选择范围。同时根据调制层对传感器参数的作用,提出了分布式光纤SPR传感器的设计方法,并提供了设计实例。 详细研究了光纤SPR检测系统,对比了早期的检测系统、改进的检测系统和最优检测系统,详细设计了改进的检测系统,分析了该系统各组成部件的性能及其对系统性能的影响。进一步详细讨论了系统检测结果的数据处理问题,给出了共振波长的估计方法,并实用于准非时变信号和时变信号的检测,结果表明所用数据处理方法是合适和有效的。此外,详细研究了光纤SPR检测系统的标定、温度漂移和自漂移问题,同时详细研究了分布式光纤SPR检测系统的检测问题。详细研究了SPR显示的机理,建立了调制层参数和显示颜色、显示亮度的数学关系,据此设计了单像素和多像素的SPR显示器件,并且进行了理论仿真,结合前人的工作表明设计宽范围、真彩色的SPR显示器件是完全可行的。 最后给出了本研究领域存在的问题和进一步研究的方向。 总之,本论文主要对基于SPR效应的感觉(味觉、嗅觉)媒体和显示媒体,做了较为深入的理论和实验研究,为该领域的进一步深入和发展奠定了基础。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN919.8

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【引证文献】
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【同被引文献】
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