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基于超连续谱光源的表面等离子体共振效应

黄值河  
【摘要】:表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波,其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减。超连续谱激光光源既具有光谱很宽且平坦的特点,又保持了激光光源相干性好、亮度高的优点。研究基于超连续谱激光光源作用下的SPPs共振效应,能够比较全面地从光强反射率和相位变化上反映表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应。探索基于超连续谱激光光源作用下的SPPs共振效应具有重要的理论和实际意义。 本文以SPR效应为研究对象,从镀金膜棱镜型结构和镀金膜光纤型结构这两种常见的构造方式上,进行了相关的理论和实验研究。本文的主要内容如下: 1、从理论分析和数值模拟的角度对SPR效应做较全面的分析和模拟,并分别讨论了光源、介质材料及其色散关系、介质膜层厚度、光线入射角和外界环境对SPR效应的影响,通过模拟给出这些影响因素的优化状态,为实验研究提供指导。 2、研究了基于镀金膜棱镜结构的SPR效应的测试原理和测试方法;在超连续谱光源作用下,整个系统可以集于一体。用波长扫描方式和角度扫描方式分别进行了测试实验,给出了理论与实验的对比结果,两者符合得较好,并分析了其中产生误差的原因。 3、研究了基于镀金膜光纤结构的SPR效应的传感原理,并制作了光纤SPR传感器。采用超连续谱激光光源,使SPR效应探测系统全光纤化。然后进行了镀金膜光纤结构的SPR效应的传感测试,给出了理论和实验结果,并分析了其中产生误差的原因。


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