表面等離子體共振實驗

表面等離子體共振實驗姚付強2012326690046應(yīng)用物理學(xué)12（2）班實驗?zāi)康模毫私馊瓷渲邢挪ǖ母拍?。觀察表面等離子體共振現(xiàn)象，研究共振角隨液體折射率的變化關(guān)系。進一步熟悉和了解分光計的調(diào)節(jié)和使用。實驗原理:當(dāng)光線從光密介質(zhì)照射到光疏介質(zhì)，在入射角大于某個特定的角度（臨界角）時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象。但在全反射條件下光的電場強度在界面處并不立即減小為零，而會滲入光疏介質(zhì)中產(chǎn)生消逝波。若光疏介質(zhì)很純凈，不存在對消逝波的吸收或散射，則全反射的光強并不會衰減。反之，若光疏介質(zhì)中存在能與消逝波產(chǎn)生作用的物質(zhì)時，全反射光的強度將會被衰減，這種現(xiàn)象稱為衰減全反射。如果在這兩種介質(zhì)界面之間存在幾十納米的金屬薄膜，那么全反射時產(chǎn)生的消逝波的P偏振分量將會進入金屬薄膜，與金屬薄膜中的自由電子相互作用，激發(fā)出沿金屬薄膜表面?zhèn)鱪sin(nsin(0)=0 sp對于某一特定入射角，消逝波平行于金屬（電介質(zhì)）界面的分量與表面等離子體波的波矢（或頻率）完全相等，兩種電磁波模式會強烈地耦合，消逝波在金屬膜中透過并在金屬膜與待測物質(zhì)界面處發(fā)生等離子體共振，導(dǎo)致這部分入射光的能量被表面等離子體波吸收，能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，反射光強度顯著降低，這種現(xiàn)象被稱為表面等離子體波共振。當(dāng)發(fā)生共振時，表面等離子體共振角與液體折射率的關(guān)系由以下公式表示Resn2—12Res+n2129其中SP為共振角，"0為棱鏡折射率，n2為待測液體折射率，只洗1為金屬介電

常數(shù)的實部。實驗儀器表面等離子體共振實驗儀器裝置如圖所示。主要由分光計、激勵光源、偏振片、硅光電池、光功率計、半圓柱棱鏡（內(nèi)充液體介質(zhì)）。圖肛3忠面蹲離子館典抵裟驗裂置圖實驗內(nèi)容調(diào)整分光計SPR傳感器中心調(diào)整測量某一液體的共振角數(shù)據(jù)處理最大光強為126光強126121115107979291838687888993相對光強1.00.960.910.850.770.730.720.660.680.690.700.710.74入射角（°）636566.56869.57172.57373.57475.57778.50.9500n-l_l??O--U577?-0.9500n-l_l??O--U577?--U-U■■26&---U-UC-I-I6O-入77276O

0I-I結(jié)果討論由圖中曲線可知相對光強的最低點所對應(yīng)的入射角為73,因此共振角就是73°,再根據(jù)公式可以得出該液體的折射率。說實話，我們不應(yīng)該就認為圖中曲線相對光強的最低點所對應(yīng)的入射角就是共振角，但是我們組所測得的數(shù)據(jù)比較少，而且畫出來的曲線也不好看，真實的曲線應(yīng)該是二次曲線的樣子，這樣得到的液體折射率跟真實的液體折射率之間誤差就可能很大。從如圖所示的參考曲線中，我也可以大致得出液體的共振角在71°—72°之間,雖然與我們得到的共振角差距比較小，但誤差總會有。如果我們