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表面等离子体振荡传感相位检测技术

作　者: 王远东
导　师: 马晓红
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 表面等离子体振荡相位检测电光调制
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

表面等离子体共振(SPR)传感器由于其体积小灵敏度高等特点成为光传感领域的研究热点之一,其中相位型表面等离子体振荡传感器因其精度很高的优点而越来越受到重视。论文设计了一种新型的相位型SPR传感系统,建立了一套实验装置,实现了不同浓度酒精溶液的测量。论文的主要成果为:采用等效界面法仿真研究了相位型SPR传感器的特性,得到了P光S光相位差与样品折射率的关系。讨论了传感器探头金膜厚度、棱镜折射率、入射光角度对P光S光相位差的影响,得到了最佳金膜厚度范围为40～45nm,采用高折射率棱镜能扩大检测范围,不同折射率的样品要求不同的入射角。设计并实现了一种共光路结构的相位型SPR传感系统。该系统采用电光晶体作为相位调制元件,在零偏置下加载调制信号,经传感头输出光强信号中含有SPR相位差。该系统光路结构简单,可以抑制共模相位噪声。设计了一种相位型SPR传感系统信号检测的新方法。对光强信号进行频谱分析,发现谐波比与待测相位差存在一定的关系,通过计算其一次与二次谐波之比确定相位差。设计了谐波分析的软件平台,可自动完成对光强信号采集、谐波比的分析,并实现相位差的自动实时计算。利用该相位SPR传感系统对不同浓度酒精进行测试。测量了0-50%浓度酒精,测得的相对于水的相位差约为0-20度。实验结果与理论模拟符合得较好。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章概论  9-23
  1.1 表面等离子体传感技术的应用背景  9-11
  1.2 表面等离子体传感器的实现形式与发展趋势  11-14
  1.3 表面等离子体传感器的调制方法与发展趋势  14-16
  1.4 相位型表面等离子体传感器的研究现状  16-21
  1.5 论文的主要工作  21-23
第2章相位SPR 传感器理论计算与模拟  23-45
  2.1 引言  23-24
  2.2 相位型表面等离子体传感器的理论基础  24-30
    2.2.1 表面等离子体波的色散关系  24-26
    2.2.2 表面等离子体场的激励方法  26-30
  2.3 相位型表面等离子体传感器的仿真方法  30-37
    2.3.1 等效界面法  30-34
    2.3.2 矩阵法  34-37
  2.4 相位型表面等离子体传感器的仿真计算  37-44
    2.4.1 不同金膜厚度对相位差的影响  39-40
    2.4.2 棱镜折射率对相位差的影响  40-42
    2.4.3 不同入射角度对P 光S 光相位差的影响  42-44
  2.5 本章小结  44-45
第3章相位SPR 传感系统实验方案设计  45-60
  3.1 引言  45
  3.2 相位型SPR 传感器结构设计  45-49
    3.2.1 相位型SPR 传感器硬件结构设计  45-48
    3.2.2 相位型SPR 传感器软件结构设计  48-49
  3.3 测量原理的推导  49-53
  3.4 相位型SPR 传感系统的实现  53-60
    3.4.1 硬件部分的实现  53-55
    3.4.2 软件部分的实现  55-60
第4章酒精溶液实验及系统误差分析  60-67
  4.1 引言  60
  4.2 系统的可靠性验证  60-64
  4.3 酒精溶液的测量结果  64-66
  4.4 相位差误差来源分析  66-67
第5章总结  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  73

表面等离子体振荡传感相位检测技术

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