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新型振荡场光学传感器的研究 摘要 生物化学传感是一类基于信息和生物的重要的交叉技术，它在医 学、环境监察、药物和食品检查等领域有重要的应用前景和巨大的市 场潜力。近二十年来，基于光学技术的生物化学传感器发展很快。由 于结构简单和高灵敏特点，以表面等离子体共振( s p r ) 和波导模式为探 针的光传感器“。5 1 ，自上世纪八十年代末以来受到了广泛的重视，己发 展了各种各样的传感装置，用以探测不同样品的物理化学和生物参数。 近几年来，有关这些传感器的研究论文每年都成倍数增长。b i o c o r e 和t e a x s 等多家仪器公司已研发出商用的产品。据我们所知，目前文 献中报道的所有的s p r “。3 1 和光波导“。5 3 传感器，都是迅衰场传感器，即 这些装置中的被传感物质位于共振模的迅衰场区域。对基于单棱镜耦 合、双棱镜耦合、光栅耦合和光纤技术的光波导传感器而言，被传感 物质往往作为光波导的覆盖层或衬底。在这类迅衰场区域中，光场能 量仅占全部入射光能的百分之几。因此，这类光波导传感器的严重缺 陷是探测效率较低，若能增加传感区域中入射光能的百分比，则探测 效率也将提高删。而对s p r 传感器，表面模传输于金属和被传感物质 的界面，传感区域中的光能量比重虽然通常大于5 0 ；但由于另一部 分光能处于有吸收的金属区域，因此将引起极宽的反射吸收峰。反射 i 吸收峰的宽度直接影响探测灵敏度，宽度越宽，灵敏度越低。这就是 s p r 传感器难以提高灵敏度的原因。灵敏度的提高受到很大程度的限 制是迅衰场传感器不能迅速市场化的重要原因。杖 ， 本文先对不同结构光学传感器的工作原理进行了简要的分析，对 影响传感器灵敏度的因素作了细致的总结。在此基础上，本文提出一 种灵敏度更高的新型振荡场传感结构f a b r y p e r o t 传感结构，并 设计实验加以验证。在该新型传感结构中被测样品处于占绝大部分光 能的振荡场中，由于振荡场的均匀性和强度大的特点，样品参数的微 小变化将极大的改变输出光的功率，从而大大提高了传感器的灵敏度 和探测效率。经计算机模拟和实验证实用于探测的f a b r y - p e r o t 传感 器中的一个共振模吸收峰( 全反射角前的第二个峰) 的半角宽度 ( f w i m v i ) 低于0 2 7 度，小于现有国外杂志中报道的基于s p r 技术的传 感器的吸收峰半宽度( 大于0 4 4 度，有的甚至超过1 度) 口3 ，且完全 满足激光发散度的要求。本文中以葡萄糖溶液为例检验该传感装置的 灵敏度，对于发散度约为0 6 m r a d 的激光束，该传感装置对葡萄糖溶 液浓度和葡萄糖溶液折射率的探测灵敏度可达1 0 。5 数量级以上。在本 文的最后对该新型传感装置对样品的检测等方面提出了建议。 s i ( 1 1 ) 金属的这种光学性质，使金属和介质的界面处可传输表面等离子波，使夹于两介 质中问的金属薄膜可传输长程表面等离子波。这两类表面波具有不同于光导波的 独特性质，例如，有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。金属薄膜中 表面波的传输不仅丰富了传统导波光学的研究内容，还使金属介质波导不仅在集 成光电子领域、而且在非线性光学和生物分子学等领域获得日益广泛的应用。 1 1 2 金属与介质界面中的表面等离子波( s p w ) 1 1 。2 1 表面等离子波的存在条件 x 0 陋) 巳( ) z f i g 1 1s i m p l e i n t e r f a c ec o m p o s e db y t w o h a l f - i n f i n i t e m e d i a 图1 1 两种半无限大介质构成的简单界面 考虑图1 1 所示的两种半无限大、各向同性介质构成的简单界面。设表面等 离子波沿z 轴方向传播，取x 轴沿界面法向，零点取在界面处。x o 处为介质l ， 第章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 其介电常数为占。白) ：x o 处为介质2 ，其介电常数为占：0 ) 。设两种介质都是 非磁介质，即有。= ：= 。 根据麦克斯韦方程 消去磁场矢量后可得 v 。琶：一塑 a v 。a ：堡 a t v 勺豆) + 风譬= 。 ( 1 2 ) ( 1 3 ) ( 1 4 ) 式中，西= 岛s 归，占) 为相对介电常数。 根据表面波场强集中于界面，并沿法向指数衰减的特点，设试探解为 茎黑：3 三荽唧e x p 卜( a 葛 x ) e 唧x p i 8 ( f l 竺z 捌x 巴0 0 ) s ， 豆：g ，t ) = 豆：o： 一甜) 】 。) 讯) = ( 一罢如略畦 e 冲幻) g 1 2 ，可作为一种近似) 。这时有s ：= 占，2 ，而且在通常情况下，有k z i 毛， 于是，表面等离子波的传播常数为 肛k 。，f 五1 + e r 2 屈= 0 由于传播常数是纯实数，导致衰减系数 铲即，雁 铲蚓e 1 氐1 ( 1 1 7 ) ( 1 1 8 ) 喁和也是纯实数，可分别表示为 ( 1 1 9 ) ( 1 2 0 ) ( 2 ) 如果占。：0 ，这时卢、和a ：都是复数，利用( 1 1 5 ) 式可得严格的解 析公式 绀o f 南d 辱趟卜，川， 绀o l 赢川d 等盟j ( ，川， 。 q 北厄：占。 肛l 南j 再渤2 2 ) 第一章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 式中 占c2 = 占r 22 + s t 22 + 占1 s r 2 ( 1 _ 2 3 ) 通常情况下，金属介电常数满足占，： e i 2 和k ：i q ，则复杂的( 1 2 1 ) 和( 1 2 2 ) 两式可近似为如下形式： 纠。s s r 2 ； ( 1 2 4 ) 屈线瓦量矗i 2 6 习 1 + 1 羔 2 5 ) 由( 1 2 4 ) 和( i 2 5 ) 两式可知，卢， k o 占1 ，而屈正比于毛2 。另外，与( 1 1 7 ) 式比较可知，忽略金属介电常数的虚部，实际上仅是略去了表面等离子波的损耗 特性，而对表面等离子波的其它特性无丝毫影响。 1 1 2 3 表面等离子波的激发 由上节的分析可知，金属和介质的界面满足表面等离子波存在的条件。奥托 ( o t t o ) 1 和克莱切曼( k r e t s c h m a n n ) 2 等人在一系列工作中研究了金属和 介质界面处表面等离子波的光学激励问题。他们采用了如图1 3 所示的棱镜耦合 方式，在这两种方式中，棱镜材料的折射率必须足够大，从而可通过调整在棱镜 底面的入射角，使入射光( t m 波) 在界面方向的波矢分量等于表面等离子波的 波矢。调整间隙或金属膜的厚度d ，即能有效地激励这种表面等离子波，从而使 大部分入射光的能量耦合到表面等离子波中，而由棱镜底面的全反射光强明显地 下降，形成一个吸收峰。这种激励方式称为衰减全反射( a t t e n u a t e dt 0 t a lr e f l e c t i o n a t r ) 技术。 ( a ) o t t o 方式 k r e t s e h m a u n 方式 f i g 1 3 s p wb a s e do i lp r i s m - c o u p l i n gm o d e 图1 3s p w 的棱镜耦合激发方式 第一章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 下面以克莱切曼方式为例，推导这种实验结构下的反射率公式。考虑图1 4 所示的实际结构和坐标系统。设棱镜和介质的介电常数分别为占：和s 。，金属薄 膜的介电系数为s 。= 占。+ i 6 i l ，薄膜厚度为d 。表面等离子波沿z 方向传播，在棱 镜底面上的光线入射角为臼：。根据表面等离子波的性质，可设磁场分布为： f i g 1 4a c t u a la t rs t r u c t u r e 图1 4 实际的a t r 结构 f a 2 e “一4 ) + b 2 e 一( 一4 ( x d ) h y ( x ) = a 1 e ”+ b 2 e 一1 1( o x d ) ( 1 - 2 6 ) l a o e ”( x n ：n ， 如果n ：= n ，则称该波导为对称平板波导，如果n ：n ，则波导是非对称的。 挥1 x = 一五 z 珂2 f i g 1 1 2 m e d i a p l a n a r w a v e g u i d e a n d t h es e l e c t e dc o o r d i n a t e 图1 1 2 介质平板波导以及所选用的坐标系 考虑图1 1 2 所示的介质平板波导以及选用的坐标系。 由于分析的是导模，从而可知在导波层是振荡场，即是驻波。根据波动方程，导 波层内场的形式是正弦函数和余弦函数的迭加；在覆盖层和衬底中，场是指数衰 减的。因此平板波导三层介质中的电场分布是 弓： b a c e 。x s p h x + ) c s i n d e x p p ( x + h ) 0 x + - h x 0 ( 1 3 1 ) o 。 x h 式中，a 、b 、c 和d 是由边界条件所确定的常数。利用e ，( x ) 在导波层一衬底界 面和导波层一覆盖层界面处连续以及a e 。o x 在导波层一覆盖层界面连续的边 界条件，可得以下方程： 爿= b b c o s ( t & ) - c s i n q h ) = d ( 1 3 2 ) 一卯= 心 j 于是，b 、c 、d 都可以用a 表示，这样可将e ，( x ) 写成如下形式 第一章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 e 。( z ) = a e x p ( 一q x ) a c o s ( r x 一( 里) s i n ( 麒) 芷 0 x + o 4 【c o s ( 砌) + ( 里) s i n ( 砌) 】e x p 【p ( x + ) 】 x h 芷 利用( 1 3 3 ) 式，再由a e 。a x 在导波层一衬底界面上连续的条件，可得 k s i n ( 砌) 一qc o s ( 砌) ：p c o s ( 砌) + 里s i i 砌) 】 ( 1 3 4 ) r 将上式两边除以c o s ( 砌) ，可化简为 t a i l ( 妒i p + 再q 芷。 ( 1 3 5 ) 这是k 、p 、q 之间的关系式，也就是介质平板波导t e 模的模式本征方程。 1 2 2 实用棱镜耦合光波导传感器的结构 当前已经报道的利用棱镜耦合的光波导传感器结构大多如图1 1 3 所示。 s a l 坤l 岫 f i g 1 1 3o p t i c a lc o n f i g u r a t i o n o ft h e p r o p o s e w a v e g u i d e s e n s o ru s i n gas i n g l ec o u p l i n gp r i s m 图1 1 3 基于单棱镜耦合的光波导传感器的组成结构 在这类已报道的光波导结构中，带有一定吸收的样品通常置于衬底层中，所以该 结构又称为泄漏模光波导传感结构。 1 6 第一章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 1 2 3 泄漏模光波导传感器的反射率曲线 f i g 1 1 4l e a k y m o d es t r u c t u r er e f l e c t i o nc u r v e 图1 1 4 泄漏模结构反射率曲线 如图1 1 4 ，泄漏模结构的共振吸收峰和s p r 结构类似，只是峰的宽度要小得多， 一般小卜2 个数量级。说明泄漏模结构的吸收要小得多，其实很容易解释这一现 象。因为泄漏模结构不同与s p r 结构，没有金属膜，所以无本征吸收。 1 2 4 泄漏模光波导传感器的场分布 ，h 幡t 2 s 0 4 1 h * x 1 一i l o i i i o 一舢1 0 x 图1 1 5l e a k ym o d eo p t i c a lw a v e g u i d es t r u c t u r ef l e l d i s t r i b u t i o n 图1 1 5 泄漏模光波导结构场分布示意图 第一章两类传统光学传感器的基本原理、结构和应用 容易从图1 1 5 看出，样品层处的场是迅衰场。 1 2 5 泄漏模光波导传感器的应用 泄漏模传感器从最早的报道到现在仅四五年左右的时间 7 ，其中关于应用 报道较多的是对液体样品吸收的探测。虽然目前尚无关于泄漏模传感器已商品化 的报道，但在实验室里已经得到了实现。 在图1 1 3 中，参数如表1 1 所示，将在实验中得到如图1 1 6 所示的反射率 曲线 8 。 表1 1用作实验的参数，兄= 6 3 2 8 n m i ，2日 e 1e a2 oe 2 2e 2 a n g l eo fi n c i d e n c e ( d e g r e e ) f i g ，1 1 6 c a l c u l a t e dr e f l e c t a n c ea saf u n c t i o no ft h e a n g l e o i n c i d e n c ef o rv a r i o u se x t i n c t i o nc o e f f i c i e n t so ft h es a m p l eb a s e do w a v e g u i d es e n s o r 图1 1 6 基于光波导传感器的不同吸收水样品对应的 反射率曲线 ulj芑乍叱 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 2 1 模拟软件的介绍 在我们的工作中，利用计算机模拟出反射吸收峰的特征是至关重要的一个环 节。下面对我们所用的模拟软件的设计思路加以说明。 2 1 1 计算算法 以五层薄膜结构为例，考虑t m 模，如图2 - 1 2 所示， 设磁场分布为 占0 毛 占2 毛 占4 h 。( 工) = 弋夕 ： 彰缓彩彩彩缓黝 图2 1 五层薄膜结构 f i g 2 1m u l t i l a y e rs t r u c t u r e a o e “+ b o e 一“。 a l e 。+ b l e 一4 。 a 2 e 2 ( 。一。) + b 2 e 一“：2 【。一“) a 3 e q ( 。一嘶一4 1 ) + b 3 e 一q ( 一4 。一吨) a e x d t d 2 。d 1 1 利用边界条件，即：，连续，i 11 0 h f y 连, 续，有 在x = 0 时 j 4 + = 4 + 马 1 监( a b o ) ：堕( 一b 1 ) 【占oq 上下两式相除有： 鱼生一6 * 1 k o 世 a o b os o k la 1 一b 1 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) 1 9 所以 其中 当x = d ，时 做类似处理有 其中 x = d 1 + d 2 时 b o 4 0 ! ! ! ! ! 二! ! 竺! ! 生! ! ! ! 竺2 鱼竺! ! 堡 ( o e i r o + s o 茁1 ) 爿i + ( s l 芷。一占o r l ) 占l 一6 1 k o g o k i r o l 。 o e i k o + 占o k i a l e q 如+ b l e 一托哦 a l e “1 吐一丑l p - i x i ：c 2 k ! 地 6 1 k 2a 2 一b 2 旦e - i 2 k i 砘：! 兰2 竺! 二! ! ! 12 墨2 ! 兰2 竺! ! ! 苎21 皇2 a l ( 6 2 f f l + q r 2 ) 爿2 + 0 2 芷l s l 茁2 ) 曰2 且 _ ：+ i ：宝 ，一f - 一z r - t f - - 1 r = 一2 1 22 i 忑i 1 4 2 e 埔一2 + b 2 e 叫q 吐= 4 3 + 马 1i t c _ _ l ( 爿2 e h “一b 2 e l f ：畦) = z r 3 ( a 3 一b 3 ) 【屯岛 生2 1 竺里2 1 ：竺：兰煎兰型l a 2 e ”2 如一垦e 1 “屯8 2 蚝a 3 一马 ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 堕4一蜀一4 + 一 一h 吃也 呸堕龟 = 2 ) 4 = w m 即 一e 一 日瞄 + 蚺 即堕q ，、【 塑三里兰：! 生壁墨堕笙塑塑型里堕里 其中 堕p “叫： 4 ， x = d l + d 2 + 以时 总括如下： 反射率为： ! ! 垒一占2 茁3 ) 4 3 + ( 岛茁2 + e 2 k 3 ) b 3 ( 占3 k 2 + e 2 k 3 ) 爿3 + ( e 3 c 2 一s 2 k 3 ) b ”象 仫鲁 一s 3 k 2 8 2 k ， r 2 3 2 二_ ：j e 3 1 c 2 + 占2 r 3 a 3 e 。3 吨+ b 3 e 一。3 由c 4 k 3 。-一 a 3 e 。3 吨一b 3 e 一。由占3 j 。4 墨pmn如：型塑：a3 s 4 c 3 + 占3 k 4 导唰2 瞄 拿：，2 3 4 扩叫z a 1 5 r 2 3 4 2州l=币p12+历1234e。两2x2d21 e ；畅。 4 + ，1 2 ，2 3 4 “吨 “” 导：w m 4 4 暑r ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) 2 1 4 堕_ = 4 = w ， p 啪 色 一户 l 坩 她 4 即堕岛 ，jl 筹 鱼 j j dk p 垦一4 耩 + 一 鱼 = 岛一4 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 矗：吲2 ： l a o l ( 2 ，2 3 ) 对于多层薄膜和阿模式的情况，完全可以用类似的方法可以求出反射系数。 2 。1 2 设计思想 本模拟软件的设计思想是用户可以随意控制所有的变量和参数，并能动态反 应衰减全反射曲线在角度空间或波长空间对任一变量的依赖关系。软件界面如图 2 2 所示。 图2 2 衰减全反射模拟软件 f i g 2 2a t t e n u a t e d t o t a l i n t e r n a l - r e f l e c t i o ns i m u l a t i o ns o f t w a r e 考虑到目前的实验和理论研究需要，软件初步提供七层薄膜结构的反射率和 透射率曲线计算，若有特殊需要，略做修改就能适合任意给定层数薄膜的情况。 用户可控制输入的计算变量包括： 1 七层薄膜中每一层的介电系数( 复数形式。分成实部和虚部) 。 2 中间五层薄膜中每一层的厚度( 上下两侧的膜层认为无限厚) 。 3 输入光的波长。 4 输入光的偏振状态。 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 5 当第四层是电光材料的情况时，材料的电光系数。 6 当第二层和第五层材料是金属层的情况时，金属层上施加的电压。 7 当光在第一层介质中多次反射的情况时，反射的次数。 其它与软件功能相关的变量包括： 1 用户关心的角度范围( a t r 角度谱角度坐标的最小值和最大值) 。 2 用户关心的波长范围( a t r 波长谱波长坐标的最小值和最大值) 。 3 图谱绘制精度( 缺省值为l 意味每个象素计算并绘制1 个数据点) 。 4 上述任一变量的变化增量。 2 1 3 软件功能 在本软件中，由于用户可以随意调整任意各膜层参数、光波长和工作角度等 参数，因而设计自由度较大，除可将其用于多层平板波导理论分析之外，可普遍 应用于各种全反射型光电子器件的研究。 2 2f _ p 传矗嚣的结构和理论分析 2 2 1f - p 传感器的基本结构和反射奉曲线 f a b r y - p e r o t 共振模光学传感器结构如图2 3 所示。 z f i g 2 3 s t r u c t u r eo f f a b r y - p e r o ts e n s o ri nt h ee x p e r i m e n t 图2 3 实际实验中的f a b r y - p e r o _ t 传感结构 当激光束以一定的角度入射于棱镜底面，且入射角小于棱镜介质和液体样品 的全反射角时，光将折射入液体样品层。在该结构中，液体样品层的折射率是最 小的；对确定波长的激光束，当入射角满足光波在样品层中的驻波相干条件时， 可使光场在样品层中产生共振，入射光的能量将转移到共振模中。这时，从棱镜 2 3 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 另一侧反射的光能量将大幅降低，形成若干个f a b r y p e r o t 共振吸收峰。 、p n m n q o l e s u b g 【m t e 乱r f i g 2 4 r e f r a c t i o ni n d e xd i s t r i b u t i o ni nf a b r y - p e r o ts e n s o r 图2 4f a b r y - p e r o t 传感器中的折射率分布 考虑如图2 3 所示的f a b r y p e r o t 共振模光学传感器，其折射率分布如图2 4 所 示。设垂直于棱镜底的方向为z 轴，则t e 模电场可写作 a oe x p ( i k ：o z ) + b oe x p ( 一i k ：o z ) ， z 0 e y ( z ) = a le x p ( i k ：i z ) + b ie x p ( 一i k ：l z ) ，0 z d i 当z = 0 时，利用e ( z ) 和o e c z ) l o z 在棱镜一样品和样品一衬底界面处连续的边界条 件可以得出： ao“+abo一=a1)+：b1ikb oi k “4 一马) ( 2 2 5 ) 【“( 爿。一) = 。( 4 一马) ”。 当z = d l 时，由同样的边界条件可得 i 爿k ：蠢做e x “p 矾( i k i 嚣翼b 1 卜e x 电p ( 受i k ：蒜：i k a c z 舶， 【。【4 。吐) 一 一：。吐) 】= ： 、1 则有( 2 2 5 ) ( 2 3 6 ) 两式可解得： 反射系数 y ：y o l + y nexp(i2k=ldl)( 2 2 7 ) 1 + y o l ，1 2e x p ( i 2 k ：1 吐) 光强反射率 r=lyl2=巧yogi+蕊72i+2y丽onyn丽2c 。s 2 k z l d l ( z 其中 y n2 i k 了z a - - i k z b ( z z 。) 对t m 模，光强反射率的结果在形式上和t e 模是一样的，但其中 ，础 一( 。s 。) 一( k s 6 ) ( 2 3 0 ) 氏、q 、占z 分别是棱镜、样品层、衬底的介电系数，d l 是样品层的厚度， 而k 。和k 分别是疗介质和b 介质中沿z 方向的传播常数。由计算机根据( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) ( 2 3 0 ) 式模拟算出的t e 模和t m 模的一系列共振吸收峰如图2 5 所示。 五= 7 8 0 n m n p r i 如1 - 1 4 9 1 6 ，n bs 廿舢e 。1 5 0 ，d s m l e - 5 1 5 0 h m f i g 2 5c o m p u t e rs i m u l a t e df a b r y - p e r o tc u r v e 图2 5 计算机模拟得到的f a b r y - p e r o t 吸收峰曲线 图2 6 为实验中在一定参数下扫得的一系列f a b r y p e r o t 共振吸收峰。 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 五= 7 8 0 n m n p r i s m = i 4 9 1 6 ，n s u b s t r a | t e = 1 5 0 ，d ”m i e = 5 1 5 0 h m f i g 2 6 f a b r y - p e r o tc u d ei ne x p e r i m e n t 图2 6 实验中测得的f a b r y - p e r o t 吸收峰曲线 由于在f a b r y p e r o t 共振模传感器中样品处于振荡场中，且其中能量占全部入射 光的比重很大，为9 0 以上，所以灵敏度很高。 l ” a - 14 9 一 ij洲 n 15 0 誊 磊 磅 置 m 。 w a v e l e n g t ho f i n c i d e n tl i g h t = 7 8 0 n m i n c i d e n ta n g l e = 6 3 0 5 。 f i g 2 7l i g h te n e r g yd i s t r i b u t i o n o ff a b r y - p e r o ts e n s o r 图2 7f a b r y - p e r o t 传感器中的光能量分布 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 图2 7 所示的是入射角为6 3 0 5 度时( 样品层厚度5 0 0 0 n m ，样品层折射率 1 3 3 ，光源波长7 8 0 n m ，棱镜折射率1 4 9 ，衬底折射率1 5 0 ) 下用计算机模拟 得到的f a b r y p e r o t 光学传感器中各层中的光能量分布情况。 在z ：d l 处，墨：终：土( 2 3 2 ) a lk d 一：2 2 在z = o 处，导一。e x p ( 2 i k 。d i ) ( 23 3 ) 一擒：鲁组 k 址：黼k 。 等= - i t a n ( 2 3 6 ) 丽彳 驴 2 3 6 = 一锄屯t a m ，! ；! ；： 等 + m 厅c z s ， 第二章f - p 传感器的结构和测量原理 即 b 拈眦一a r c 州，等，一一。净陇。s ， 方程( 2 3 83 就是f a b r y p e r o t 传感结构的模式本征方程。 2 3f - p 传痦器的测量原理 当待测样品的浓度发生变化，并引起折射率( 这里指的是折射率的实部，其 虚部代表吸收，在这里暂不考虑，后面会有细述) 变化时，相应的共振吸收峰会 有不同程度的角度偏移，折射率变化越大其偏移越明显。测量样品浓度变化有两 种较方便的方法：一是应用角度扫描技术测量共振吸收峰的位置并根据共振峰的 位置确定样品的浓度和折射率；二是固定激光入射角于吸收峰斜率较大，线性较 好之处，则当待测样品浓度的微小变化不足以引起共振峰位置的明显变化，却能 引起反射光强的明显变化时，由探测器在一定角度下精确测量反射光强的大小， 就可以精密测得待测液体样品的浓度和折射率。图2 5 表示因样品折射率变化而 引起共振吸收峰的偏移。从中可以清楚看到，由于折射率变化较小，该峰的角度 偏移小于0 0 7 度，但若固定入射角于6 2 5 1 6 度，则由样品折射率变化引起反射 光强的变化超过0