基于金属薄膜的表面等离子体共振.ppt

基于金属薄膜的表面等离子体共振,魏鹏琪,等离子体,等离子体是一种由带电离子和自由电子为主要成分的物质形态，被称为等离子态。金属可以看作是一种电荷密度很高的低温等离子体。,金属表面等离子体波,等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的藕合作用。当金属受到电磁干扰的时，金属中的电子密度分布就会变得不均匀。,等离子体波的特点,其场分布在沿着界面方向是高度局域的，且在金属中场分布比在介质中分布更集中，一般分布深度与波长量级相同。表面等离体波的色散曲线在自然光的右侧，在相同频率的情况下，其波矢量比光波矢量要大。,色散曲线,衰减全反射,因倏逝波的存在，光线在界面处的全内反射将产生一个位移D，即将沿X轴方向传播一定距离。若光疏介质很纯净，在没有吸收和其它损耗的情况下，则全内反射并不会被衰减，倏逝波沿光琉介质表面在X方向传播约半个波长，再返回光密媒质。反之。光能会损失，反射率也将小于l。能量损失有两条路径，一是吸收介质对能量的吸收，其能量损失程度与介质的吸收系数有关，这样引起的能量损失称为衰减全反射(ATR)。另一个是非吸收性透明物质的存在，使一部分入射光透过反射面而发散，其能量损失程度与介质的折射率有关，这样引起的能量损失称为受抑全反射(FTR)。实际工作中这两种情况往往同时发生，因此一般不严格区分，而将其统称为衰减全反射。SPR正是利用衰减全反射，将光波能量变成金属表面电子的运动，使得光的全内反射能量下降。,光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质中又存在一定的等离子波。当两波相遇时可能会发生共振。,表面等离子体共振模型,棱镜模型波导模型衍射光栅强聚焦光束近场激发,表面等离子体共振模型,棱镜模型波导模型衍射光栅强聚焦光束近场激发,Otto模型,Kretschann模型,表面等离子体共振模型,棱镜模型波导模型衍射光栅强聚焦光束近场激发,表面等离子体共振模型,棱镜模型波导模型衍射光栅强聚焦光束近场激发,这种结构一方面能够激发表面等离子体波，另一方面二维光栅结构中能够引入能带，从而使得表面波的特性受到能带的影响，使得器件的参数更加可控。,表面等离子体共振模型,棱镜模型波导模型衍射光栅强聚焦光束近场激发,利用高数值孔径的显微目镜直接接触到介质层，在介质层与目镜之间涂上匹配油层，高数值孔径能够提供足够大的入射角，能够实现波矢量匹配，从而激发出表面等离子体波。,强聚焦光束,用一个尺寸小于波长的探针尖在近场范围内去照射金属表面，由于探针尖尺寸很小，从探针尖出来的光会包含波矢量近似表面等离子体波矢量的分量，这样就能够实现波矢量的匹配。,近场激发,光纤表面等离子体共振模型,直通型反射型,直通型,反射型,光源及光纤耦合,光谱分析仪及计算机,光纤传感器,Y型光纤,粘结层,金属层,保护层,反射金属层,棱镜模型与光纤模型的对比,金属层厚度50.1nm，银层反射镜厚度600nm，适度厚度的氧化硅层，探头长度15mm。,表面等离子体共振的应用,表面等离子体波对界面两侧的折射率分布的敏感性表面等离子体波的局域分布的特性表面等离子体共振的光电转换特性,SPR的检测模式,直接检测：适用于大分子（1000Da）,SPR的检测模式,抑制模式：将待测小分子固定在传感器表面，在样品中加入过量对应大分子。,Biacore3000,Bi