液體棱鏡中的熱光效應研究.pdf

1、表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance簡稱SPR)技術已被廣泛應用于生物、化學和物理檢測和分析領域，但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量的準確性仍然受到噪聲干擾的影響，尤其是復雜的外界環(huán)境和自身光學組件等因素都會帶來不同程度的噪聲干擾。目前，在SPR傳感器中實現(xiàn)溫度補償或者進行溫度校準提高測量靈敏度受到了廣泛關注。本論文基于新型液體棱鏡結構，利用SPR效應研究多層介質的熱光效應，主要通過理論分析和實驗研究溶液的熱致折射率

2、變化。論文主要研究內容如下：
　　設計了一種直角V型槽并制備成新型的液體棱鏡結構，同時構建了一套自動化的SPR實驗檢測系統(tǒng)。這種設計便于金屬薄膜的清洗和保養(yǎng)，能簡化實驗裝置，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；基于這種結構，詳細研究了激發(fā)表面等離子體的基本原理；深入討論了光源、入射波長以及金屬材料等對共振吸收峰半高全寬的影響，得出最優(yōu)參數(shù)，提高測量靈敏度；制定實驗流程并提出實驗數(shù)據(jù)分析方法，基于該系統(tǒng)對NaCl溶液和酒精溶液進行測量，分析溶液濃度和

3、折射率之間的關系，可滿足檢測需要。
　　對該檢測系統(tǒng)的溫度特性進行分析，分別建立金屬薄膜、BK7玻璃和去離子水隨外界環(huán)境溫度變化的理論模型；開展環(huán)境溫度變化對上述三種介質折射率影響的研究，通過數(shù)值模擬表明去離子水的折射率受環(huán)境影響最大；進一步通過實驗研究了不同溫度下去離子水的折射率變化，對共振角進行測量，分析去離子水折射率和溫度之間的關系，對實驗產生的誤差進行了探討。
　　繼續(xù)深入研究了該檢測系統(tǒng)溫度漂移問題，剖析吸收溶液受

4、激光束影響產生的熱光效應對共振角的影響；進一步建立了完整的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)熱效應的理論模型，通過數(shù)值模擬討論透鏡焦距和光波波長對這兩種熱效應的影響，分析瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)熱致折射率的變化；理論模擬和實驗驗證了去離子水因入射光功率變化產生的穩(wěn)態(tài)熱致折射率變化，闡述去離子水的熱致折射率和入射光功率之間的線性關系，實驗與理論相符；制備具有吸收性的NaLuF4:Er3+/Yb3+納米粒子溶液，分析納米粒子溶液的折射率與入射光功率之間的關系，研究其穩(wěn)態(tài)熱致折射