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表面等离子体共振理论与实验研究

作　者: 殷澄
导　师: 卞保民；李振华
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 表面等离子体共振探测光束发散度椭圆偏振测量术复折射率
分类号: O53
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 556次
引　用: 5次
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内容摘要

本文从理论和实验两个方面对表面等离子体共振（SPR）这一物理光学现象进行了深入的研究，并且建立一种利用SPR测量生物组织复折射率的方案，最终实现了利用SPR对复折射率的测量。在理论上，首先从电磁场理论和Drude模型出发，讨论了在各种不同情况下的表面等离子体波的物理模型，并且进一步深入研究了表面等离子体波共振现象，特别针对金属薄膜结构下的表面等离子体波的传播特性进行讨论，对不同的膜厚和入射波长的情况对理想模型和有损模型分别进行了理论的模拟。在实验上，首先建立理论模型，分别计算了不同发散度的入射光以及高斯光束对SPR反射曲线的影响，结果表明随着探测光发散度的增大，反射率曲线吸收峰增宽，共振角增大；和平行光束相比，如果发散度为4个毫弧度，对于空气，共振角会有1.9×10^-3度的误差，从而，整个传感器系统的随机误差相应增大。相应的实验证实了上述理论。其次，由于表面等离子体共振过程中相位上的突变比传统的反射率曲线更加灵敏，因此我们使用椭圆偏振的方法来研究表面等离子体共振过程中的相位变化，首先建立了模型，并且对理论的相位变化进行模拟。然后进行了实验，实验结果与理论吻合，实验装置的结构简单。在此基础上，探讨了利用SPR测量复折射率的方案，实现了对复折射率的测量。利用表面等离子体共振测量生物组织复折射率还是探索性的研究工作，在本文工作的基础上，还存在诸如模型的完善、实验装置自动化设计等等问题，需要进一步的研究加以完善。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
1 综述  6-8
  1.1 研究背景  6-7
  1.2 本文的主要工作  7-8
2 表面等离子体共振(SPR)理论研究  8-32
  2.1 Drude模型(电子气模型)  8-11
  2.2 金属与介质界面的表面等离子体波(SPW)  11-19
    2.2.1 金属的体积等离子体共振模态  11-14
    2.2.2 金属的表面等离子体共振  14-19
  2.3 金属的薄膜结构  19-31
    2.3.1 无损耗的理想系统  19-21
    2.3.2 理想系统模型的数值模拟  21-26
    2.3.3 有损耗的系统  26-28
    2.3.4 实际系统的模拟  28-31
  2.4 本章小结  31-32
3 表面等离子体共振(SPR)实验研究  32-49
  3.1 光束质量对SPR反射率曲线影响的研究  32-37
    3.1.1 理论模型部分  32-36
    3.1.2 实验部分  36-37
  3.2 利用椭圆偏振法对SPR相位变化的研究(复折射率测量)  37-48
    3.2.1 理论模型部分  37-41
    3.2.2 实验部分  41-46
    3.2.3 复折射率测量  46-48
  3.3 本章小结  48-49
4 总结和展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-53

表面等离子体共振理论与实验研究

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