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基于平面波导的角度调制型表面等离子共振传感器的研究

范世琦  
【摘要】:随着生活水平的提高,人们对高生活品质的定义愈加全方位多层次,包括生活设施的便利便捷、环境的清洁舒适、疾病的控制预防、食品的卫生与安全等等。生物传感器作为信息和服务的重要支撑技术,是21世纪信息产业的三大支柱之一。表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)传感器作为生物传感器一个重要分支,由于其结构简单、精度高、选择性好、免标记、可以快速即时检测,已被广泛应用在物理,化学,生物,以及医学领域的研究,具有很大的实用价值。 随着即时即地诊断(POCT, Point of Care Testing)以及片上实验室(lab-on-chip)等概念的提出,传感器也愈加向着小型化、便携化等方向发展。然而现有商用SPR传感器基于棱镜耦合结构,由复杂的分立元件组成,成本高、体积庞大、过于沉重,因而用集成的方法代替传统的棱镜结构实现SPR传感器是一种发展趋势。 本文提出一种采用角度调制型的SPR平面波导传感器,利用解理端面或深刻蚀面作为镜面,将棱镜耦合SPR原理创新性地迁移到集成SOI材料平板波导上,并利用Transfer Matrix方法,FDTD理论以及BPM算法对器件进行了仿真设计和优化。当设计出射阵列波导的角度间隔为0.02°,器件的探测极限可以到达9×10-4RIU。


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