光纤表面等离子体共振（SPR）传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先，以表面等离子体共振传感理论为基础，对系统检测结果进行数据处理，得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下，检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计，从而得到有效的共振波长。其次，利用小波分析方法进行信号处理，校正了噪声产生的漂移，对光谱信号压缩处理，以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测，得到了良好的光谱响应曲线，证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。

开发了一种多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振(SPR)传感器,用于快速检测水中微囊藻毒素LR.研究了利用该传感器检测微囊藻毒素LR的方法.首先,通过原位聚合法在SPR传感芯片的裸金表面合成了微囊藻毒素LR的多孔分子印迹膜,制备出可以特异性捕获微囊藻毒素LR的SPR传感芯片.然后,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型表面等离子体共振传感器.最后,通过检测不同浓度的微囊藻毒素LR溶液以及干扰物质微囊藻毒素RR溶液,研究了该传感器的测量范围、特异性等参数.结果表明,该传感器对于微囊藻毒素LR的检测灵敏度很高,可实现微囊藻毒素LR的定量检测,动态测量达2.1×10-9~1×10-6 mol/L.另外,传感器对于干扰物质微囊藻毒素RR无明显信号响应,表明传感器对于微囊藻毒素LR具有很好的特异性检测能力.

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了具有高深宽比的金光栅, 使用傅里叶变换红外光谱仪测得了反射谱线.测量结果显示,只在p偏振光垂直于光栅矢量方向入射条件下才存在共振反射峰, 证明了“伪表面等离子体激元波”的存在.基于严格耦合波分析理论计算了金属光栅的反射率, 研究了其作为中红外波段波长调制型表面等离子体共振传感器的可行性.数值计算表明负级次衍射光波对应的共振反射峰的移动能获得较高的波长灵敏度.对于深宽比为10的金光栅结构, +1级次和-3级次衍射光波对应的波长灵敏度分别为1600 nm/RIU和5000 nm/RIU, 品质因子分别为20 RIU-1和60 RIU-1.

分析了影响相位调制的表面等离子体共振(SPR)传感器灵敏度及动态范围的各种因素。搭建了差分干涉SPR相位检测系统, 使用matlab软件模拟了若干因素对该类传感器的灵敏度和动态范围的影响, 并使用3种厚度的金膜进行了实验验证, 同时实时测量了牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程。结果显示, 入射角度对于灵敏度和动态范围没有影响, 而入射光波长、所选金属的介电常数和金膜厚度这3个因素是起作用的。这3个因素中, 金膜厚度是比较重要且最易调节的一个。选定金膜后, 通过调节入射角和反应物浓度, 将抗原抗体反应导致的相位变化限制在系统的线性范围内进行了实时检测。结果表明, 对于波长为633 nm的光源, 在测量牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程中, 兼顾灵敏度和动态范围的最优金膜厚度为48 nm, 此时动态范围为0.013 6RIU, 灵敏度为6.67×10-7RIU/0.01°。

提出了利用光子晶体光纤空气孔塌缩技术制作光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,构建了空气孔完全塌缩的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器模型，并模拟计算了其中的表面等离子体共振效应。制作了全光纤化的波长检测型的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,利用超连续谱光源进行了相关实验。实验结果表明:以空气为待测环境介质时，对应的共振波长为465 nm，与理论计算相符合。

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制, 近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。 但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂, 这给研究带来了困难。 笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜, 利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析, 并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。 结果表明, 与传统的平面金膜相比, 该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。 装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高, 且该金膜的制备方法简单, 成本低廉, 完全可以替代传统的平面金膜使用

为了在保证波长表面等离子体共振(SPR)分析仪动态范围的同时提高其分辨率,分析了波长SPR分析仪系统噪声对其探测能力的影响;以波长SPR分析仪的信噪比为目标,对波长SPR的数据处理进行优化。优化结果显示,最佳处理曲线为SPR信号最强时波长所对应的反射系数R1与信噪比最大时波长所对应的反射系数R2之间的前半部分SPR曲线。基于这段最佳处理曲线,采用了一种部分质心法数据处理方法。实验结果表明,采用此种算法可使SPR分析仪动态范围扩大一倍,在探测器光谱仪波长分辨率提高4倍的情况下,SPR分析仪的分辨率提高了将近10倍。采用此种算法测量折射率在1.332 5~1.360 0间的甘油溶液,线性相关系数＞0.99,说明此种算法对测试结果的线性度不会产生不利的影响,可满足波长SPR数据处理方法的要求。

For breaking through the sensitivity limitation of conventional surface plasmon resonance (SPR) biosensors, novel highly sensitive SPR biosensors with Au nanoparticles and nanogratings enhancement have been proposed recently. But in practice, these structures have obvious disadvantages. In this study, a nanohole based sensitivity enhancement SPR biosensor is proposed and the influence of different structural parameters on the performance is investigated by using rigorous coupled wave analysis (RCWA). Electromagnetic field distributions around the nanohole are also given out to directly explain the performance difference for various structural parameters. The results indicate that significant sensitivity increase is associated with localized surface plasmons (LSPs) excitation mediated by nanoholes. Except to outcome the weakness of other LSP based biosensors, larger resonance angle shift, reflectance amplitude, and sharper SPR curves’ width are obtained simultaneously under optimized structural parameters.

相位调制SPR传感器较其他三种调制模式有更高的灵敏度,被广泛地应用于生化检测等领域.目前用于SPR相位检测的方法主要有外差干涉法、空间干涉法、剪切干涉测量法、Machzehnder干涉仪法和椭圆偏振法.文中介绍了各种方法的测量原理、装置、特点及其应用.

We investigate the sensitivity enhancement of surface plasmon resonance (SPR) sensors through planar metallic film closely coupled to nanogratings. The effects of the thickness of metallic film and grating period on the refractive index sensitivity of the device are analyzed in detail. The refractive index sensitivity of nanograting-based SPR sensors is predicted to be about 540 nm per refractive index unit (RIU) using optimized structural parameters. Furthermore, the grating period can be used as a parameter to adjust the wavelength of resonance reflection. Our study on SPR sensors through planar metallic film closely coupled to nanogratings demonstrates the potential for significant improvement in refractive index sensitivity, since it shows much greater flexibility in terms of tuning the optical parameters of the device.