基于空芯金屬包覆波導(dǎo)的生化傳感器的研究.pdf

1、空芯金屬包覆波導(dǎo)作為傳感器的理論分析，該研究重點(diǎn)討論空芯金屬包覆波導(dǎo)的靈敏度和利用高靈敏度的光電子器件進(jìn)行了一些新穎的結(jié)果。該研究通過分析空芯金屬包覆波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可知該波導(dǎo)中激發(fā)的超高階導(dǎo)模可作為生物和化學(xué)傳感器而言，在靈敏度有明顯的優(yōu)勢包括：1、耦合進(jìn)入的光場的能量可以集中在導(dǎo)波層中的空芯區(qū)域；2、因?yàn)檎凵渎屎蜆?gòu)造因素，導(dǎo)致波導(dǎo)具有很小的有效折射率使得波導(dǎo)中的導(dǎo)模對(duì)環(huán)境的變化非常靈敏，同時(shí)很窄的超高階導(dǎo)模吸收峰可以明顯的顯示出波

2、導(dǎo)中的環(huán)境因素的改變。多種模式的場在空芯金屬包覆波導(dǎo)中波導(dǎo)層的振蕩而形成振蕩場，使得空芯金屬包覆波導(dǎo)作為傳感器的靈敏度要高于一般的倏逝場傳感器。
　　通過邊界條件和 Maxwell方程等理論推導(dǎo)出的空芯金屬包覆波導(dǎo)的反射率公式，接著通過軟件建立空芯金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模擬得到 ATR譜圖可知，ATR譜圖的變化與波導(dǎo)中的折射率變化有直接的關(guān)系，然而物質(zhì)的變化與物質(zhì)折射率的變化有著密切的關(guān)系，所以最終可知ATR譜圖與物質(zhì)變化有直接表征的關(guān)

3、系。通過分析波導(dǎo)中的折射率的改變分為兩種，一種波導(dǎo)中自身物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變引起了 ATR譜圖的變化，另一種就是外界環(huán)境的改變可以引起導(dǎo)模的變化。在文章主要涉及到是波導(dǎo)中的物質(zhì)變化使得 ATR譜線的一個(gè)變化。理論推導(dǎo)可知，覆蓋和襯底的銀的介電常數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)形式：實(shí)部代表物質(zhì)本征的損耗，另一個(gè)虛部代表的是輻射損耗。這兩個(gè)部分的變化會(huì)引起如下現(xiàn)象：實(shí)部變動(dòng)會(huì)使 ATR圖譜中的耦合角發(fā)生水平移動(dòng)，虛部變動(dòng)會(huì)使 ATR圖譜中的衰減全反射峰最低點(diǎn)上下移

4、動(dòng)。
　　對(duì)于空芯金屬包覆波導(dǎo)的理論分析，利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)之后，形成對(duì)空芯金屬包覆波導(dǎo)進(jìn)行全角度掃描的光學(xué)振蕩場傳感器的一套完整的傳感實(shí)驗(yàn)方法，并利用測量了一些生化領(lǐng)域的樣品（包括：表皮生長因子，硫丹和小球藻）。對(duì)這些樣品的測量的實(shí)驗(yàn)中，改變待測樣品的濃度或者是配比，檢測ATR譜圖中衰減全反射峰的變化。通過ATR的變化來分析樣品的變化分析表明，該傳感器可以分辨出0.111 mmol/L的小球藻濃度的變化，遠(yuǎn)好于使用色