收藏本站
《中国科学技术大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

表面等离子体共振技术与聚合物光纤传感应用研究

郑荣升  
【摘要】: 本论文的研究工作是在国家重点基础研究发展规划(No.2006CB302905)、国家自然科学基金重点项目(No.60736037))和面上项目(No.10704070)的资助下完成的。主要研究工作包括:表面等离子体共振技术传感应用研究以及聚合物光纤传感应用研究两方面。 表面等离子体共振传感器具有灵敏度高、免标记、非破坏性和实时检测等优点,已被广泛应用于研究生物分子间的相互作用及浓度测量。随着研究的不断深入,表面等离子体共振技术将在疾病控制、药物开发、环境监测、食品安全以及国土安全等领域具有广阔的应用前景。但是表面等离子体共振传感器在实际应用中,仍然存在一些急需解决的问题,如价格昂贵,在检测低浓度小分子和大尺寸细胞方面受到限制、应用方式单一、无法进行野外实时远距离监测等。 本论文中从传感器的结构出发,研究传感器的各个组成部分对总体性能的影响并且进行了参数的优化;设计了一种金银双层复合结构的芯片,并成功应用于商品化仪器系统上;研制了能够灵活应用,且具有高灵敏度的光纤SPR传感器。 针对聚合物光纤应用于传感领域的问题,研究了偶氮掺杂聚合物光纤预制材料的光敏特性,并用双频光栅法在单模聚合物光纤上刻写了双折射长周期光纤光栅,讨论了将其应用于光纤SPR传感器中的可能性。从理论上分析了聚合物光纤光栅在温度、应力、应变等环境下的传感性能。建立了基于聚合物光纤的VCSEL自混合测速系统,分析了引入聚合物光纤后,对自混合信号产生的影响。本论文获得的成果主要有: 1、研究Kretschmann耦合模型中,系统的各个组成部分对SPR传感器性能的影响,用于指导设计高性能、实用化的SPR传感器。提出了一种基于聚合物光纤的波长调制型SPR传感器。 2、设计了一种基于金银双层金属复合结构的SPR芯片,利用转移矩阵方法,研究了金银不同厚度比例对SPR传感器性能的影响,并对芯片的结构进行了优化。加工了双层金属复合结构芯片,且将其成功应用于BIAcore3000仪器上研究磺胺甲恶唑和其抗体的相互作用。从波导理论出发,对长程表面等离子体的色散,损耗和场分布特征进行讨论,对设计新型的SPR传感芯片及其他光电子器件具有参考意义。 3、从理论上详细讨论了影响光纤SPR传感器的因素,在理论的指导下构建了光纤SPR传感系统并进行了实验研究。在折射率为n=1.3945时,光纤SPR传感器的灵敏度指标为4778nm/RIU。从SPs场增强的角度,对待测样品折射率和介质保护膜影响SPR传感器灵敏度的原因进行了解释。分析了介质层对SPR共振曲线的调节作用,并简单讨论了可应用于液体和气体同时测量的双通道SPR传感器。 4、分析了偶氮掺杂聚合物光纤预制材料的双折射弛豫过程和保留度问题,用于指导光敏聚合物光纤光栅纤芯材料的设计和筛选。用双频光栅法在单模聚合物光纤中刻写出双折射长周期光纤光栅,讨论将其用于光纤SPR传感器的可能性。从理论上分析了聚合物光纤光栅对温度、应力和应变的响应特性。 5、建立了基于聚合物光纤的VCSEL自混合测速系统,系统结构简单且易于调节。在38-193mm/S范围内,实现了对流动液体内部速度的测量,测量误差小于1%。分析了聚合物光纤作为传光介质对VCSEL自混合测速信号的影响,首次观测到自混合信号的波形畸变和频谱展宽现象。 本文创新点和特色: 1、设计了金银双层金属复合结构芯片,首次将其应用于BIAcore3000仪器上用于研究生物分子间的相互作用。与传统的单层金膜芯片相比,这种新型的传感芯片能够获得更窄的共振峰和更高的灵敏度,同时仍具有金膜芯片的稳定性。 2、研制了介质膜包覆的光纤SPR传感器,并从理论性上对多层结构的光纤SPR传感器性能优化进行分析。在折射率为n=1.3945时,获得光纤SPR传感器的灵敏度为4778nm/RIU。利用介质膜对SPR共振波长的调制特性,理论设计了用于液体和气体同时探测的双通道SPR传感器。 3、首次报道了偶氮共聚型掺杂聚合物光纤的双折射效应,在低掺杂浓度下获得了72%的双折射保留度。并详细分析了浓度、间隔基和泵浦光功率等因素对该共聚材料双折射特性的影响.用双频光栅法在单模聚合物光纤上刻写了双折射长周期光栅,对红移和蓝移分离偏振峰的理论分析,表明该双折射光纤光栅在SPR传感方面具有潜在用途。 4、首次建立了基于聚合物光纤的VCSEL自混合测速系统,系统结构简单且易于调节,无需使用频谱分析仪器,通过Labview软件和数据采集卡实现对液体流速的实时、快速测量。由于聚合物光纤与生物体有很好的兼容性,因此可将聚合物光纤作为一次性探针使用对血液流速进行测量。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP212.14

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 黄值河;侯静;彭杨;李志鸿;奚小明;陈金宝;;基于超连续谱的光子晶体光纤表面等离子体效应[J];强激光与粒子束;2011年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郑一博;多芯光子晶体光纤激光器及光子晶体光纤表面等离子体共振传感研究[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 黄值河;基于超连续谱光源的表面等离子体共振效应[D];国防科学技术大学;2010年
2 伏祥勇;基于光子晶体光纤的表面等离子共振传感器的研究[D];天津大学;2012年
3 王家璐;基于SPR技术的中药制剂检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 ;Advances in Phase Detection Technique of Surface Plasmon Resonance Biosensor[J];稀有金属材料与工程;2006年S3期
2 Amit Kumar Garg;R.S.Kaler;;A novel optical burst switching architecture for high speed networks[J];Chinese Optics Letters;2008年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张永生;聚合物光纤信息传输应用基础研究[D];中国科学技术大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李村,徐洪耀,光善仪,杜隆超;推拉电子结构非线性光学偶氮苯衍生物的合成[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
2 张盛泉,张熊禄;硼酸作催化剂的傅——克反应[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2001年01期
3 常天英;贾磊;隋青美;;基于虚拟仪器的光纤光栅温度传感系统设计[J];半导体光电;2008年01期
4 赵明富;邵芸;钟年丙;胡新宇;刘杰徽;;具有温度补偿的光纤生物量浓度在线测量传感器[J];半导体光电;2010年02期
5 吕辰刚;武星;祖鹏;胡志雄;曾丽珠;秦一帆;葛春风;;基于匹配滤波技术的数字化光纤光栅传感解调方法[J];传感技术学报;2007年04期
6 付华;陈宝石;孙红鸽;;基于波分复用技术的光纤甲烷传感系统研究[J];传感技术学报;2007年12期
7 常新龙;李明;李进军;何相勇;;聚合物光纤布拉格光栅轴向应变传感特性研究[J];传感技术学报;2009年01期
8 常新龙;李明;李进军;何相勇;;湿度和温度对聚合物光纤光栅反射波长漂移量的影响[J];传感技术学报;2009年06期
9 韩文念;马凤;汪曣;赵学玒;杨春梅;李宁;;波长调制技术在掺铒光纤腔内吸收气体传感中的应用[J];传感技术学报;2009年08期
10 吕辰刚;张瑞峰;武星;葛春风;丁岳;;基于光纤光栅传感网的根式沉井静载实验研究[J];传感技术学报;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 林开群;郑荣升;谢志国;阎杰;许立新;明海;;双折射聚合物长周期光纤光栅刻写研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 韩文念;汪曣;刘琨;贾大功;刘铁根;;基于虚拟仪器技术的腔内吸收光谱波长调制与解调[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 钟小江;仝卫国;李宝树;;小波分析在光纤光栅传感信号处理中的应用[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖华玲;靶向nAChR激动剂和基于骨架迁跃的新型EGFR/HER-2抑制剂的设计合成和活性评价[D];中国海洋大学;2010年
2 程旭升;聚合物Bragg光纤光栅的制作及其传感特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 许海燕;分布式光纤振动传感器及其定位技术研究[D];复旦大学;2011年
4 韩文念;光纤环腔激光腔内吸收光谱气体传感技术的研究[D];天津大学;2012年
5 于雁灵;比较蛋白质组定量分析及其在疾病研究中的应用[D];复旦大学;2004年
6 李兴海;2-氧代环烷基磺酰胺和磺酰脲的合成与生物活性研究[D];中国农业大学;2005年
7 黄志良;山梨酸衍生物的合成与抗菌活性研究[D];华南理工大学;2002年
8 孙丽;光纤光栅传感技术与工程应用研究[D];大连理工大学;2006年
9 丁金妃;光纤光栅折射率传感技术研究[D];浙江大学;2006年
10 刘深;季铵盐型抗菌单偶氮染料的合成及应用性能[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾林涛;折射率调制光纤气体传感系统设计与研究[D];郑州大学;2010年
2 郭东歌;基于LPFGs氢敏探测器的研究[D];郑州大学;2010年
3 莫磊;基于DSP的FBG传感器信号解调系统在电缆测温中的应用[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 张帆;基于ARM的FBG和光纤F-P传感器通用解调系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 包玉龙;基于荧光强度比的光纤布拉格光栅温度应变传感器[D];北京交通大学;2010年
6 高扬;多通道光纤衰荡传感器的实现和应用[D];福建师范大学;2010年
7 范骁;胺亚胺稀土配合物的合成及其催化性能的研究[D];吉林大学;2011年
8 刘凌寒;塑料光纤连续测量液位传感器[D];吉林大学;2011年
9 吕大娟;高性能F-P可调谐滤波器的研究与开发[D];武汉理工大学;2011年
10 唐娅荔;用于光纤传感器的带隙型光子晶体光纤的研究[D];北京邮电大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王佳;周健;;SPR生物传感器的应用现状与发展趋势[J];传感器与微系统;2011年04期
2 赵晓君,陈焕文,宋大千,牟颖,张寒琦,金钦汉;表面等离子体子共振传感器I:基本原理[J];分析仪器;2000年04期
3 吕晖;马晓红;赵华凤;;温度对表面等离子体振荡传感器的作用[J];光电工程;2009年06期
4 范永金;李阔;周炳玉;;激光光斑探测系统软件设计与分析[J];光电技术应用;2008年02期
5 张炜,李乙钢,闫培光,朱剑平,吕可诚;大模面积双包层掺Yb~(3+)光子晶体光纤激光器[J];光电子·激光;2005年04期
6 曾捷;梁大开;杜艳;曾振武;;基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器[J];光电子.激光;2007年02期
7 杨华军;胡渝;谢康;;光通信中高精度激光束准直系统优化设计[J];光电子.激光;2008年06期
8 何兵;楼祺洪;周军;董景星;魏运荣;王之江;;两根大芯双包层光纤激光器获得60W相干输出[J];光学学报;2006年08期
9 周朴;侯静;陈子伦;刘泽金;;多芯光纤激光器的超模及模式选择问题研究[J];光学学报;2007年10期
10 李剑峰;段开椋;王建明;王屹山;赵卫;郭永康;;两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究[J];光学学报;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 史青;光子晶体光纤及其在传感领域的应用研究[D];南开大学;2010年
2 张晓磊;多芯光纤激光器及新波长固体激光器[D];山东大学;2011年
3 邸志刚;THz检测技术及表面增强拉曼散射光子晶体光纤传感研究[D];天津大学;2011年
4 汪静丽;太赫兹波传输及光子晶体光纤温度传感的研究[D];天津大学;2011年
5 王志;光子晶体光纤及其功能型器件的研究[D];南开大学;2005年
6 曹振新;基于表面等离子体共振效应的信息获取和显示[D];东南大学;2005年
7 李燕;双包层光子晶体光纤激光器及波长转换器研究[D];南开大学;2007年
8 张方迪;新型光子晶体光纤的结构设计与关键特性分析[D];北京邮电大学;2008年
9 孙婷婷;光子晶体光纤激光器和超连续光源的研究[D];南开大学;2008年
10 吕强;表面等离子体共振光电传感系统的研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 孙婷婷;微结构光纤基本性质和微结构光纤光栅研究[D];南开大学;2005年
2 房强;全固光子带隙光纤的色散设计及光纤光栅研究[D];南开大学;2008年
3 杨鹏;光子晶体光纤的制备和应用[D];天津大学;2008年
4 田宏达;微结构光纤光学特性的数值仿真[D];北京邮电大学;2009年
5 王建明;高功率光子晶体光纤激光器及相干合成技术[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2009年
6 张国亮;光子晶体光纤的特性及其应用于光纤激光器中的研究[D];北京交通大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王颖娜;常丽萍;郭淑琴;;SPR传感器的应用及其发展[J];材料导报;2012年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张少华;表面等离子体波传感器数值仿真及其检测应用研究[D];南京航空航天大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 娄丽芳,盛钟延;光通信中波分复用器件的实现技术[J];半导体光电;2003年01期
2 谢雪康,吴健,胡渝;大气闪烁对激光信号检测的影响[J];电子科技大学学报;1998年05期
3 徐乃英;汽车用塑料光纤[J];电信快报;2001年10期
4 马辉,张永生,王茁,张涛,王东,明海;聚合物光纤网络器件及其通信链路系统[J];光电工程;2004年07期
5 李晨霞,方达伟,金尚忠,张在宣;聚合物光纤放大器技术的进展[J];光电子技术与信息;2002年06期
6 夏前勇 ,李军 ,郑勇;适应新军事变革的需要 确立“信息制胜”的指导思想[J];国防科技;2004年12期
7 许路;信息获取在现代战争中重要作用[J];国防科技;2005年05期
8 于淼;瞄准信息化战争 加强装备保障动员信息化建设[J];国防技术基础;2004年06期
9 孙晶华,苑立波;对称式塑料光纤束反射传感特性研究[J];光通信技术;1997年02期
10 李长胜,李宝树,乔冬;基于交流-直流变换的光电式电流有效值传感器[J];华北电力大学学报;2000年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王沛,明海,许兴胜,金西,马辉,谢建平;聚合物光纤几何参数测量系统[J];光电工程;2002年01期
2 明海,马辉,张涛,张永生,孙晓红,郑志强,张其锦,李增昌,梁浩;聚合物光纤与功能器件的研究与应用[J];量子电子学报;2004年02期
3 冯春媛,金永兴,金尚忠,张在宣;聚合物光纤光谱损耗特性的研究[J];中国计量学院学报;2004年03期
4 刘志高,郑志强,梁浩,黄抒洁,冯卓宏,明海;掺钕聚合物光纤的光辐射特性[J];福建师范大学学报(自然科学版);2005年01期
5 明海,许兴胜,王沛,王茁,赵天鹏,郭阳,张其锦,谢建平;聚合物光纤及其应用[J];中国计量学院学报;2001年02期
6 张劲松,王智,赵玉成,魏道平,裴丽,简水生;聚合物光纤的泛频吸收理论分析[J];北方交通大学学报;1997年06期
7 马辉,周大程,明海,孙晓红,张永生,黄文财,谢建平;聚合物光纤折射率分布的显微成像测量方法[J];光电工程;2003年05期
8 温序铭,储九荣,徐传骧;低损耗阶跃型聚合物光纤制备工艺的研究[J];西安交通大学学报;2002年08期
9 T.F.Stehlin,Y.Liu,W.Groh,A.Zimmermann,吴静;产品·市场·信息--聚合物光纤传感器[J];传感器技术;1993年06期
10 何栩翊,周晓军,万钟平;塑料光纤通信应用的进展[J];光通信技术;2005年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尤茜;;基于弯曲损耗的聚合物光纤超大应变传感技术[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 谢志国;郑荣升;林开群;阎杰;张永生;;基于可见光VCSEL的聚合物光纤高速信号传输[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
3 陈述;;塑料光纤泛谈[A];中国通信学会2007年光缆电缆学术年会论文集[C];2007年
4 李增昌;罗艳华;苏伟;赵辉;张其锦;;聚合物光纤光栅材料和性质研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
5 夏志超;杨春;;大芯径大数值孔径阶跃聚合物光纤传导模求解[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
6 周鸿颖;陈家璧;胡群华;邱高;;利用扫描法测量预制棒折射率[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
7 周鸿颖;陈家璧;邱高;;光纤预制棒折射率分布的细光束扫描测量[A];2005年中国光学学会全息与光学信息处理专业委员会年会暨建会20周年纪念会[C];2005年
8 周鸿颖;陈家璧;邱高;;光纤预制棒折射率分布的细光束扫描测量[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
9 桂华侨;黄伟;汪洪波;吕亮;谢建平;赵天鹏;许立新;吴云霞;明海;;聚合物光纤传光的VCSEL自混合测振系统特性研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
10 林开群;郑荣升;谢志国;阎杰;许立新;明海;;双折射聚合物长周期光纤光栅刻写研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 ;聚合物光纤技术发展迅猛[N];人民邮电;2003年
2 记者 郑千里;我国建成聚合物光纤示范局域网[N];科技日报;2001年
3 吴珊珊;“最后一公里”塑料光纤能否胜出[N];科技日报;2003年
4 宝鸡市科学技术协会;宝鸡市第十三届自然科学优秀学术成果获奖名单[N];宝鸡日报;2010年
5 中国光学光电子行业协会 陈苗海;中国光电子产业厚积薄发[N];中国电子报;2001年
6 岳瑛 文伟 周苍林 本报记者 胡世平 孙维铁;技术创新升级撬动产业加速转型[N];广安日报;2010年
7 记者 石少华 通讯员 梁江丽 潘鑫;我市两家企业获省科技厅重点项目支持[N];张家口日报;2011年
8 特约撰稿人 汤忠杰;日本通信级塑料光纤产业成功经验[N];通信产业报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武文轩;特殊结构聚合物光纤的设计制备以及性质研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 汪舰;微结构聚合物光纤的制备及其应用基础研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2010年
3 王豆豆;新型微结构聚合物光纤的设计及传输特性分析[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2012年
4 张永生;聚合物光纤信息传输应用基础研究[D];中国科学技术大学;2006年
5 郑荣升;表面等离子体共振技术与聚合物光纤传感应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
6 罗艳华;光敏性偶氮苯聚合物波导光栅的制备及其特性[D];中国科学技术大学;2009年
7 李冬冬;微结构聚合物光纤的修饰技术及其应用基础研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
8 孔德鹏;微结构光学元器件的设计、制作与应用关键技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年
9 史青;光子晶体光纤及其在传感领域的应用研究[D];南开大学;2010年
10 程旭升;聚合物Bragg光纤光栅的制作及其传感特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武睿;可变换图案发光织物的研制及其发光模拟[D];浙江理工大学;2011年
2 彭坤;基于聚合物光纤液体折射率的测量研究[D];吉林大学;2013年
3 鞠忠凯;聚合物光纤光栅结构的飞秒激光制备[D];吉林大学;2012年
4 尤茜;聚合物光纤扭矩传感技术的研究[D];天津大学;2012年
5 贾相飞;基于聚合物光纤的超大应变测量技术研究[D];天津大学;2010年
6 陈儒;聚合物长周期光纤光栅传感特性研究[D];中国科学技术大学;2006年
7 叶琳琳;新型聚合物光纤液位传感器的精确测量技术研究[D];吉林大学;2009年
8 刘志高;稀土掺杂聚合物光纤的光辐射特性[D];福建师范大学;2005年
9 王韩毅;微结构聚合物保偏光纤的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2007年
10 许思友;稀土离子配合物敏化发光效应的实验研究[D];新疆大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026