根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器; 由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系; 利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构; 采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱; 根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。

In this paper, the localized surface plasmon resonance (LSPR) peak of Ag-Fe and Au-Fe alloy nanoparticles for the triangular prism is calculated by using the discrete dipole approximation (DDA) method. We investigate the variation of the resonance wavelength, refractive index sensitivity, and figure of merit with the particles size and alloy compositions. We perform a comparative study on the refractive index sensitivity and figure of merit of alloys in order to find the considered (Ag-Fe and Au-Fe) alloys with high sensitivity. The refractive index sensitivity of the Au-Fe alloy is found higher than that of the Ag-Fe alloy. Therefore, to optimize the size of alloy nanoparticles (NPs) for the triangular prism, the figure of merit is calculated and observed that the optimized size is 50 nm and 20 nm for Ag-Fe and Au-Fe alloys, respectively. A comparison of Ag-Fe shows that the Au-Fe alloy NPs have greater figure of merit (FOM) and thus may be more suitable for applications in biosensing.

提出一种基于大空气孔保偏微结构光纤偏振回旋滤波器(PM-MOF-RF)的光微流折射率传感器。保偏微结构光纤(PM-MOF)沿轴向引入周期性往复扭转结构,可实现光纤中正交偏振模的谐振耦合,通过偏振检测,可得到类似于长周期光栅的透射光谱,从而获得偏振回旋滤波器(PRF)。基于耦合模理论,对该器件的透射光谱进行仿真。在该器件两端与单模光纤(SMF)连接处分别接入一小段C形光纤,可将待测液体导入和导出MOF的空气孔而不影响SMF与MOF的光信号耦合,从而得到一个全光纤的光微流折射率传感器。通过有限元分析方法模拟微流折射率在1.333附近变化时PM-MOF的相模式双折射色散曲线,进而可得不同微流折射率的透射光谱,通过追踪光谱波长漂移,得到7196.4 nm/RIU(RIU为折射率单元)的折射率灵敏度,同时可知当按比例缩小光纤尺寸时,可将其灵敏度提升至16754.0 nm/RIU。

基于贵金属纳米粒子在折射率传感及探测中的应用, 本文运用离散偶极近似, 模拟计算了单一金纳米棒的远场消光光谱, 研究了其偶极局域表面等离子体共振波长的可调性及折射率的传感特性。研究表明, 通过调控金纳米棒的长径比, 纳米棒的局域表面等离子体共振波长在可见至近红外波长范围内广泛可调;在可见与近红外波长范围内, 该共振波长及对应的折射率灵敏度对纳米棒长径比的响应皆分别呈现出二次与线性的分段特征。此外, 利用金介电函数虚部随入射光波长的变化关系, 揭示了金纳米棒表面等离子体所对应的半高宽随该共振波长的变化规律;并利用长径比对金纳米棒的品质因子进行了优化, 得到了优化的长径比。本文的研究结果对未来设计和制造性能优异的基于局域表面等离子体共振的传感/探测基底和元器件具有重要的理论指导意义。

利用时域有限差分法分别模拟计算了X型金纳米结构和L型纳米天线以及由这两种结构所组成的金纳米交叉结构的消光光谱和近场分布, 并研究了金纳米交叉结构对周围介质折射率变化的敏感性。研究结果表明, X型金纳米结构在入射光正入射时能激发起偶极共振模式而在斜入射时可以同时激发起偶极和四极共振模式。L型纳米天线的成键和反成键共振模式的产生可以通过改变入射光偏振方向进行控制。此外入射光偏振方向变化时在金纳米交叉结构中都可产生法诺共振效应, 由于激发起法诺共振效应, 金纳米交叉结构的光谱线型更加精细, 传感质量因子可达到12.5, 这些结果可指导金纳米交叉结构作为纳米光子器件用于生物传感方面。

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥，光纤锥的直径为43.7 μm，长度为480 μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器，激发出光纤高阶模，并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差，将导致干涉仪的传输光谱发生漂移，从而实现传感测量.实验结果表明：当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时，传感器的折射率灵敏度为－128.233 nm/RIU；当水溶液的温度变化范围为30~75℃时，传感器的温度灵敏度为0.111 nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点，可应用于生物传感测量.

研究了一种基于模间干涉原理的微型椭芯保偏光纤的折射率传感特性。利用氢氟酸腐蚀的方法将椭芯保偏光纤制作成折射率灵敏的传感头，传感头可以根据控制腐蚀时间灵活控制其锥区结构。详细分析了保偏光纤内基模与一阶高次模模间干涉产生的双边瓣能量分布与被测折射率的关系，深入研究了锥区半径、工作波长对折射率灵敏度的影响。研究结果表明，光源波长为980 nm，折射率在1.39 附近时，半径为8 μm 的传感头折射率灵敏度能够达到-7.1/RIU (即归一化光强与RIU 之比，其中RIU 为单位折射率)。

推导了任意形状金属纳米结构对复杂环境折射率的局域表面等离子体共振(LSPR)光谱响应的解析解，给出了体折射率和局部折射率灵敏度公式，并进行了详细的理论分析和数值验证。结果表明，金属纳米结构的光谱响应与被分析物厚度呈指数增长关系，并与被分析物的折射率、敏感层厚度、金属纳米结构的材料和形状等因素有关。被分析物折射率越高，光谱响应越大。敏感层越厚，局部折射率灵敏度越差。同时，尖锐的金属纳米结构形状可以获得更大的体折射率灵敏度。对金属纳米结构光谱响应及折射率灵敏度的研究对制作高灵敏度LSPR传感器具有重要的指导意义。