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目次
1．引言1
1．1表面等离子体共振现象与SPR传感器发展历程1
1.2本文主要研究内容和意义2
2．表面等离子体共振原理与传感器检测方法3
2.1表面等离子体波基本概念3
2.2表面等离子体共振传感原理5
2.3光学方法产生表面等离子体共振6
2.4表面等离子体共振传感器检测方法9
2.5SPR芯片中金属材料的选择10
3光栅耦合表面等离子体共振数值分析方法11
3.1衍射光栅的分析方法11
3.2严格耦合波分析方法12
4.高性能光栅耦合表面等离子体共振传感器的仿真与参数优化15
4.1Au金属光栅实验仿真计算分析16
4.2Ag金属光栅实验仿真计算分析19
结论22
致谢24
参考文献25
1 引言 随着现代科学技术的高速发展，人类社会已进入了信息时代，信息技术已渗透了国民经济和社会发展的各个领域和各个层次。传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学的观点来看，计算机可以看成处理和识别信息的“大脑”，通信系统可以看成传递信息的“神经系统”，源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 同时传感器就是“感觉器官”。目前，传感技术已经广泛应用于工业、农业、商业、国防、科研、教育、医疗、卫生和日常生活等各个领域，与人们的生活息息相关。 光学传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、便于集成、可在线检测、安全性高等优点，在传感领域占有越来越重要的地位，其中表面等离子体共振光学传感器由于其灵敏度高、免标记、可实时检测等突出优点，在生命科学、药物开发、医学诊断、公共安全、环境污染等领域有广阔的应用前景，正逐渐成为国际传感器领域的研究热点[1]。
1.1 表面等离子体共振现象与 SPR传感器发展历程 1902 年，Wood 采用连续光谱的偏振光照射金属光栅时，在反射光谱上观测到一种反常衍射现象，即“伍德异常衍射现象（Wood Anomalies）”[2]。1941年，Fano在Sommerfeld 理论的基础上运用金属-空气界面的表面电磁波激发模型解释了这一异常衍射现象[3]。1957 年，Ritchie 在实验中观测到高能电子穿过金属薄片时出现了能量吸收峰，而为了解释这一现象，他提出了用于描述金属内部电子密度纵向波动的“金属等离子体”的概念[4]。而后， Powell和Swan在1959年通过实验证实了 Ritchie 提出的这种理论[5]。一年后，Stern 和 Farrell 对金属表面电磁波模式的共振条件进行了深入的研究，并提出了“表面等离体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）”的概念[6]。到了 1968 年，德国物理学家Otto[7] 和Kretschman[8] 各自采用衰减全反射（Attenuated Total Reflection, ATR）的方法在实验中实现了光频波段的表面等离子体的激发。至此，一个较为完整的表面等离子体激化理论就建立起来了，从而对上述现象的理论解释进行了统一。 在之后的 1982 年和 1983 年，Nylander[9] 和 Liedberg[10] 等人分别在将表面等离子体共振技术应用于气体传感和蛋白质与抗原相互作用的测定后，表面等离子体共振传感技术以其具有的高灵敏度、实时、高效且无需标记等优势，迅速引起人们浓厚的兴趣并逐步得到发展。1987 年，Cullen[11] 等人首次将光栅耦合激发表面等离子体共振技术应用于复合免疫形成的检测。1990年，瑞典的Biacore AB公司研制出世界上第一台商用金属表面等离子体共振传感器，随后，表面等离子体共振传感技术的研究和应用开始全面展开，在医学诊断、环境监测、生物技术、药品研制以及食品安全检验等领域都得到广泛的应用。