基于多孔硅的表面等离子共振传感特性 - 发光学报.pdf

第３７卷　 第９期 发　 光　 学　 报 Ｖｏｌ３７ Ｎｏ９ ２０１６年９月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ Ｓｅｐｔ. ꎬ２０１６ 文章编号:１０００￣７０３２(２０１６)０９￣１１５２￣０７ 基于多孔硅的表面等离子共振传感特性 ∗ 王志斌 ꎬ韩欢欢ꎬ柴君夫ꎬ任　 英 (燕山大学 电气工程学院ꎬ河北 秦皇岛　 ０６６００４) 摘要:提出了一种基于多孔硅的表面等离子共振传感模型:棱镜￣金属膜￣多孔硅薄膜￣待测介质ꎮ 在该结构 中ꎬ多孔硅的折射率会随着样品浓度的变化而变化ꎮ 利用有限元分析方法ꎬ数值模拟得到该结构的共振光 谱ꎬ对模型进行了分析和参数优化ꎮ 以乙二醇溶液为待测样本ꎬ对提出的传感结构的传感性能进行分析ꎬ得 到该传感器对乙二醇的传感灵敏度约为２６７.８５(°)/ ＲＩＵꎬ约为Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ棱镜结构灵敏度的２.１３倍ꎮ 关　 键　 词:表面等离子共振ꎻ光学传感ꎻ共振光谱ꎻ灵敏度 中图分类号:Ｏ４３３.４　 　 　 文献标识码:Ａ　 　 　 ＤＯＩ:１０.３７８８/ ｆｇｘ１１５２ Ｐｒｉｓｍ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎｓ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｅ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ ∗ ＷＡＮＧＺｈｉ￣ｂｉｎ ꎬＨＡＮ Ｈｕａｎ￣ｈｕａｎꎬＣＨＡＩ Ｊｕｎ￣ｆｕꎬＲＥＮ Ｙｉｎｇ (Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＹａｎｓｈａｎ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４ꎬＣｈｉｎａ) ∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ＡｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｗｚｂ＿ｙｓｕ＠ｙｓｕ.ｅｄｕ.ｃｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａ ｐｒｉｓｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎｃｅｎｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｓ ｐｒｏ￣ ｐｏｓｅｄ:ｐｒｉｓｍ ｂａｓｅ￣ｍｅｔａｌ￣ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ￣ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｍｅｄｉａ. Ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒ￣ ｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗｉｌｌ ｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｐｌｅａｂｓｏｒｂｅｄｏｎｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅｏｆｆｓｅｔｏｆ ｓｕｒ￣ ｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ. Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ ｃｏｍｐｏｓｅ ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｉｌｍ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅꎬｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｉｌｍ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ. Ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓꎬｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ. Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓꎬ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｍｏｄｅｌ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｅｎｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ