基于SPR角度调制技术的溶液折射率检测系统

为了实现溶液浓度的实时监测,设计了基于表面等离子体共振(SPR)原理的溶液折射率传感器及其应用系统.采用Kretschmann棱镜耦合模型,用角度调制的方法对此传感器进行定标和测量,将折射率的变化与共振角的改变对应起来,经过光电转换,用计算机采集数据,实现溶液折射率的实时检测.实验结果表明:在其他光学参数固定的情况下,一个固定的折射率对应一个最佳的共振角度和共振波长,折射率与最佳共振角度成线性关系U=-1.206d-8.140.实验数据显示,灵敏度可达0.208 V/(0.001n)(n为折射率).该系统成本低,测量精度高,有推广应用价值.     

多层聚合物膜系高灵敏度表面等离子体共振传感理论研究

基于光学Kretschmann棱镜结构,建立了表面等离子体共振(SPR)传感器模型并进行了模拟计算,得到了基于聚乙烯和聚丙烯酸的多层膜系的SPR传感器共振光谱中共振波长随共振角度的演化.模拟分析表明,聚合物的厚度增加导致共振峰的红移,最佳厚度为100nm左右;聚合物薄膜可实现SPR共振峰的可控的红移和传感检测,聚乙烯相对于聚丙烯酸有较高分辨率;金纳米颗粒具有增强表面等离子体共振信号的作用,共振波长因其填充因子的增大而发生红移现象,半峰宽明显变宽,填充因子最佳值为0.2.     

基于多孔金属层结构的表面等离子共振生物传感器

设计了一种基于多孔金属层结构的表面等离子共振的生物传感器,利用时域有限差分法对传感器进行了仿真.基于100 nm直径的二维周期圆孔传感结构,仿真了外界折射率为1.3～2.3时的表面等离体共振情况.仿真显示,多孔处的表面等离子体共振显示出了极强的偏振特性.研究发现,多孔结构中形成了2个共振峰;在可见光波段,利用2个共振峰极大的增加了折射率的检测范围,有望在高折射率检测场合得到重要应用.     

磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

表面等离子体激元波导测量材料的折射率

利用表面等离子体激元不仅可以实现在纳米尺度上操控光子,而且为发展更加微型化、集成化的光波导等光学元器件提供了有利条件.如果表面等离子体激元波导金属薄膜一侧材料的折射率已知,那么利用表面等离子体激元的场增强效应就可以对另一侧材料的折射率进行高灵敏度的探测.作者利用Mathematica软件对表面等离子体激元波导如何测量衬底一侧材料的折射率进行了模拟,得到了物质折射率与模场分布和反射谱峰值之间的关系,为理解表面等离子体激元波导的测量机理提供了思路.     

基于SPR生物传感器的抗生素残留检测及影响因素分析

为了检测抗生素提出了采用生物分子相互作用原理的检测方法.采用基于表面等离子体共振技术的光学传感器,通过自组装分子技术将单克隆抗体固定到传感器金膜表面用于检测对应抗原,即待测抗生素,并记录传感器表面液体折射率的变化曲线,其反映了被吸附抗生素的浓度的大小.对不同浓度的氨苄青霉素水溶液进行了测定,得到该传感器的工作曲线,整体工作曲线呈单调上升,且线性关系较好,同时得到了该检测方法的最低检测极限为1.25ng/mL,明显低于欧盟规定的最大残留限量(4μg/kg).进一步分析了流速、温度、pH值和离子浓度对检测的影响,获得了该检测方法的最佳测量条件,提高了该方法的检测精度,从而保障了该方法的有效性.     

全反射比较法测量液体折射率色散的研究

基于全反射原理,提出一种用比较法测量液体折射率色散的方法.分析了棱镜全反射比较法测量液体折射率色散的基本原理,推导得到折射率色散的计算公式.结果表明:待测液体折射率色散与标准液体折射率色散、全反射极限出射角有关,与棱镜折射率色散无关;搭建相应的实验光路及系统,通过与阿贝折射仪及双棱镜法测量折射率色散对比证明了该方法的准确性.实验测量了葡萄糖水、印度墨水、聚苯乙烯溶液、品红溶液、唾液、汗液及不同浓度蜜糖溶液样品的折射率色散曲线,同一样品的折射率随着波长的增加而降低,并通过柯西色散公式得到相关样品色散曲线的拟合方程.实验表明:测量液体折射率的精度约0.000 2;分离餐后汗液、唾液的折射率明显高于餐前,这一实验结论给糖尿病的无创检测血糖提供一种可能的思路.文中提出的方法不需要棱镜折射率及其色散数据,具有实验系统简单、样品量少、测量过程方便、测量精度高等特点,不仅适合于透明及弱吸收散射的液体,而且可被用于固体折射率色散的测量,具有实际推广应用意义.     

基于棱镜耦合的双循环法测量液体复折射率

提出一种棱镜耦合布儒斯特角双循环算法,实现了液体复折射率的精确测量.使用p线偏振光入射到等腰棱镜底面与待测液体样品的分界面上,逐步旋转棱镜,得到样品总光强反射率随入射角变化关系的实验曲线;基于菲涅尔公式及布儒斯特定律,分析了棱镜测量液体复折射率的基本原理,采取双循环拟合算法,求得样品折射率及消光系数;搭建了相应的实验系统,测量了印度墨水、脂肪乳溶液和二碘甲烷匹配液等样品的复折射率,也得到了印度墨水和脂肪乳溶液的折射率、消光系数随浓度变化的实验曲线.实验表明:测量液体折射率及消光系数的精度分别约为0.000 2和0.000 1,有较高的测量准确度及稳定性,测量液体折射率范围不受棱镜折射率限制.     

D形光纤样品制备及其Bragg光栅的实验测量

采用研磨预制棒的方法,制备了D形光纤样品,并在此样品上制作了Bragg光栅,介绍了工艺制作和测量中的一些实际经验.采用深度化学腐蚀技术以增强Bragg波长对外界折射率的传感灵敏度,测量了D形少模光纤Bragg光栅各模式谐振波长随外界折射率和温度的变化曲线,为进一步进行折射率传感研究打下了实验基础.     

表面等离子体共振传感器

本书是《斯普林格化学传感器和生物传感器》系列专著中的一部。表面等离子体共振（SPR）传感器是一种通过对表面等离子波的共振角测量计算样品折射率（浓度）的传感器,是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术之一。     

修正偶应力理论层合薄板自由振动模型及尺度效应

通过引入各向异性的细观尺度复合材料层合板的本构方程,将各向同性修正偶应力理论推广到各向异性,基于虚功原理首次建立了复合材料层合板新修正偶应力理论的自由振动模型.该理论包含不同的两个材料细观参数,偶应力曲率应变不对称.但是,用于各向同性材料与原修正偶应力理论等价,为了便于工程应用,建立了只含一个细观材料参数的偶应力层合薄板理论弯曲和振动的简化模型.算例表明建立的偶应力层合薄板模型能用于分析层合板的自由振动尺度效应.     

光流控传感器及其应用

 基于光流控技术,通过设计不同的芯片结构,可以制造出性能优异的光流控传感器。根据光流控传感器的芯片结构,可以将其分为4大类：前2类为基于光子晶体谐振腔的光流控传感器和基于回音壁模式的光流控传感器,流体在流经这2种传感器中的腔体结构时,产生的折射率改变会引起腔体耦合模式的变化,从而使光响应信号产生改变,起到传感作用;第3类为基于光波导模式的光流控传感器,光在波导中全反射产生的條逝场会与流体发生相互作用,令光信号产生变化;第4类为基于表面等离子体共振的光流控传感器,它利用表面等离子共振对金属表面区域折射率的敏感性实现传感功能,流体带来的折射率变化会令共振峰发生偏移。本文综述了以上4类光流控传感器芯片的结构、原理及应用。光流控传感器对于微小的折射率变化十分敏感,具有很高的灵敏度和精准度,同时,光流控系统本身具有低成本、小型化、结构简洁及实时调控的特征。随着未来被探测物体趋于微观,光流控传感器在物质探测和生物物质探测领域将发挥越来越强大的作用。     

用于硝酸根浓度测量的反射式光纤SPR传感器

提出一种反射式光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器用来测量硝酸根浓度.传感器采用反射式结构,并利用金膜来激发SPR.制备铜纳米粒子/碳纳米管(copper-nanoparticles/carbon-nanotube, Cu-NPs/CNT)膜作为硝酸根浓度测量的敏感膜.当溶液中硝酸根浓度发生变化时,吸附在CNT上的由铜催化产生的氨气的浓度也会随之改变,导致CNT折射率发生改变,从而使SPR谐振波谷发生移动,进而实现硝酸根浓度测量.实验结果显示该传感器在低浓度区间内的平均灵敏度达到了14.14nm/lg［c/(mol·L^-1)］.这种传感器易于封装,可以应用于远距离测量,将在生物化学参量测量方面有着潜在应用.     

基于金属-介质-金属阵列的折射率传感(英文)

提出一种基于金属-介质-金属阵列结构折射率传感器.在可见光及近红外光区域内,由于表面等离子效应,入射波在特定频率时可以通过一个无缝的金,在80 nm厚的金膜上可以得到近100%的透射率.仿真结果表明传感器对周围液体的折射率变化也很敏感,这些发现可以得出一个新的、简化的替代方法,使传感器更加小型化.     

Sensitivity dependence of surface plasmon resonance based sensors on prism refractive index

We theoretically and experimentally demonstrate that refractive index of the prism used to load metal film has significant influence on sensitivity of surface plasmon resonance based sensors. The prism with lower refractive index gives the sensors a higher sensitivity in detecting refractive index variations of a sample. We attribute this effect to the fact that a prism with low refractive index will increase coupling distance between surface plasmons and the medium under investigation. Foundation item: Supported by Wuhan University and National Education Ministry of China Biography: Wang Guo-ping (1964-), male, Professor, research direction: bolographic materials, diffractive optical elements, optical properties of metallic nanopracticles and metal-dielectric nanostructures     

光纤SPR传感器测定叶绿素含量的研究

介绍了光纤SPR传感器的基本原理、检测系统，应用光纤SPR传感器与光度计测定了叶绿素含量。结果表明，在检测条件相同情况下，光纤SPR传感器测定叶绿素含量具有较好的重复性与稳定性。建立了光纤SPR传感器的共振波长与叶绿素含量的关系，可通过光纤SPR传感器快速、准确地测定叶绿素含量。     

纳米金放大SPR技术检测前列腺癌肿瘤标志物free PSA

表面等离子体激元共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种基于芯片表面折射率变化的光学检测技术,具有快速、灵敏、免标记等优点,可实时在线地跟踪固液界面反应,在蛋白及核酸等生物分子检测方面具有广阔的应用前景。但是,传统的SPR检测方法难以检测低分子量、超低浓度的生物分子。纳米金具有密度大、介电常数大、良好的生物相容性等特点,因此,基于纳米金放大的SPR技术既可以保持生物分子的生物活性,又可以有效突破传统SPR中检测限的限制。游离前列腺特异性抗原(free prostate-specific antigenf,-PSA)是一种常用于前列腺癌早期诊断的标志物,但由于其在血清中的浓度非常低,给前列腺癌的早期诊断造成困难。本论文利用基于纳米金放大的SPR技术,设计竞争型免疫模式实现了f-PSA的超灵敏检测。     

表面等离子体共振型光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法

以一种常见的光子晶体光纤为载体,利用金属填充物和纤芯周围折射率环境结构的不对称性,提出了一种基于表面等离子体共振效应的光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法.研究发现,通过对光子晶体光纤纤芯和金属填充物周围结构的特殊设计,可有效调控周围材料的有效折射率,以实现金属等离子体模式的双折射效应和光纤纤芯模式的双折射特性.因此,当纤芯模式和金属的表面等离子体模式满足相位匹配条件时,即可达到偏振滤波的效果,并获得很好的消光比,而不需要对光子晶体光纤的结构进行复杂设计,降低了器件制备难度,避免了所设计的光纤结构无法实现实际制备的问题.     

用有效介质理论模拟Ag/AAO纳米有序阵列复合结构光学常数

运用Maxwell—Garnett有效介质理论，计算了Ag／阳极氧化铝（AAO）纳米有序阵列复合结构的光学常数（250～2000nm波段），探讨了Ag组分的体积分数对Ag／AAO光学常数的调制作用和Ag纳米粒子的长径比对其表面等离子共振吸收的影响．模拟结果表明，随着Ag组分体积分数的增加，在小于450nm波段，Ag／AAO复合结构的介电函数实部和折射率均逐渐减小，而介电函数虚部和消光系数逐渐增大；在大于450nm波段，Ag／AAO复合结构的介电函数实部、介电函数虚部及折射率均逐渐增大，消光系数则变化较小．模拟结果显示出Ag纳米粒子的长径比与复合结构表面等离子共振吸收峰位有较强的相关性．另外，理论模拟预期透射谱也与实验透射谱变化趋势一致．     

偶氮苯分子光致异构化的研究

偶氮苯类化合物分子在一定波长的光照射下会产生顺式反式的结构变化,利用东南大学分子逊实验室提出的薄膜实时演变分析技术和基于此技术所研制的系统对这一现象进行研究。我们发现甩膜法制备的异丁烯酸（２－对硝基偶氮苯）乙酯Ｐ１２薄膜在光照下的折射率的变化是由于偶氮苯分子的光致异构化造成的,用３６０ｎｍ光照使偶氮苯分子产生由反式到顺式的结构变化,再用４５０ｎｍ光照使偶氮苯分子产生由顺式到反式的结构变化。在薄膜实