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文檔簡介
1、表面等離子體共振原理及應(yīng)用要點(diǎn)一、表面等離子體的產(chǎn)生vSurface Plasmon Resonance , SPR 除電子以外,用電磁波,如光波,也能激發(fā)表面等離子體振動(dòng)。二除電子以外,用電磁波,如光波,也能激發(fā)表面等離子體振動(dòng)。二十世紀(jì)初,十世紀(jì)初,Wood 首次描述了衍射光柵的反常衍射現(xiàn)象,這實(shí)際上就是首次描述了衍射光柵的反常衍射現(xiàn)象,這實(shí)際上就是由于光波激發(fā)了表面等離子體振動(dòng)所致。六十年代晚期,由于光波激發(fā)了表面等離子體振動(dòng)所致。六十年代晚期,Kretschmann 和和Otto采用棱鏡耦合的全內(nèi)反射方法,實(shí)現(xiàn)了用光波激發(fā)表面等離子體采用棱鏡耦合的全內(nèi)反射方法,實(shí)現(xiàn)了用光波激發(fā)表面等離
2、子體振動(dòng),為振動(dòng),為SPR技術(shù)的應(yīng)用起了巨大的推動(dòng)作用。他們的實(shí)驗(yàn)方法簡單而技術(shù)的應(yīng)用起了巨大的推動(dòng)作用。他們的實(shí)驗(yàn)方法簡單而巧妙,仍然是目前巧妙,仍然是目前SPR裝置上應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。裝置上應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。(A) Kretschman (B) OttoPrism gMetal mSample s0kevkspxzPrism gSample sMetal m0kevksp棱鏡耦合 棱鏡是棱鏡是SPRSPR研究中應(yīng)用最為廣泛的光學(xué)耦合器件。棱鏡由高折射率的非研究中應(yīng)用最為廣泛的光學(xué)耦合器件。棱鏡由高折射率的非吸收性的光學(xué)材料構(gòu)成,其底部鍍有厚度為吸收性的光學(xué)材料構(gòu)成,其底部鍍有厚度為50
3、nm50nm左右的高反射率的金屬薄左右的高反射率的金屬薄膜(一般為金或銀),膜下面是電介質(zhì)。在膜(一般為金或銀),膜下面是電介質(zhì)。在SPRSPR傳感器中,該電介質(zhì)即為待傳感器中,該電介質(zhì)即為待測樣品。由光源發(fā)出的測樣品。由光源發(fā)出的p p- -偏振光以一定的角度偏振光以一定的角度0 0入射到棱鏡中,在棱鏡與入射到棱鏡中,在棱鏡與金屬的界面處將發(fā)生反射和折射。當(dāng)金屬的界面處將發(fā)生反射和折射。當(dāng)0 0大于臨界角大于臨界角c c時(shí),光線將發(fā)生全時(shí),光線將發(fā)生全內(nèi)反射,即全部返回到棱鏡中,然后,從棱鏡的另一個(gè)側(cè)面折射出去。這內(nèi)反射,即全部返回到棱鏡中,然后,從棱鏡的另一個(gè)側(cè)面折射出去。這里入射光應(yīng)當(dāng)用
4、里入射光應(yīng)當(dāng)用p p- -偏振光,因?yàn)槠潆妶龇至颗c界面垂直,這與表面等離子偏振光,因?yàn)槠潆妶龇至颗c界面垂直,這與表面等離子體波的情況一致。體波的情況一致。 典型的SPR光譜 Wavelength / nm620640660680700720Reflectance0.60.70.80.91.0二、 SPR傳感器概念4種檢測方式種檢測方式角度調(diào)制:固定角度調(diào)制:固定inin,改變,改變inin波長調(diào)制:固定波長調(diào)制:固定inin ,改變,改變inin強(qiáng)度調(diào)制:固定強(qiáng)度調(diào)制:固定inin 、inin,改變光強(qiáng),改變光強(qiáng)相位調(diào)制:固定相位調(diào)制:固定inin 、inin,測相差,測相差三、典型SPR傳感
5、器及其應(yīng)用ComputerPrismL C P DG CCDAuBSample inSample outGlass slideAu filmPrism0.1mmL:鹵鎢燈;:鹵鎢燈;C:平行光管;:平行光管;P:偏振片;:偏振片;D:光闌;:光闌;G:光柵;:光柵;B:玻片:玻片基于波長調(diào)制的基于波長調(diào)制的SPR傳感器裝置傳感器裝置基于角度調(diào)制的基于角度調(diào)制的SPR傳感裝置傳感裝置SPR對附著在金屬薄膜表面的介質(zhì)折射率非常敏感對附著在金屬薄膜表面的介質(zhì)折射率非常敏感,當(dāng)表面當(dāng)表面介質(zhì)的屬性改變或者附著量改變時(shí),共振角將不同。因此,介質(zhì)的屬性改變或者附著量改變時(shí),共振角將不同。因此,SPR譜(共振角的變化譜(共振角的變化vs時(shí)間)能夠反映與金屬膜表面接觸時(shí)間)能夠反映與金屬膜表面接觸的體系的變化。的體系的變化。Biacore 2000Dimensions: 760 x 350 x 610 mmNet Weight: 50 kgSpreeta 200
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