基于對稱金屬包覆波導(dǎo)的有毒物質(zhì)的熒光檢測.pdf

1、以平板介質(zhì)光波導(dǎo)為基礎(chǔ)模型，結(jié)合麥克斯韋方程組、邊界條件等電磁學(xué)知識，分析研究了波導(dǎo)中的模式、光的色散以及電磁場在波導(dǎo)中的分布等問題。研究了基于平板介質(zhì)波導(dǎo)制作而成的對稱金屬包覆波導(dǎo)的各項性質(zhì)，分析了對稱金屬包覆波導(dǎo)作為傳感器的理論知識，分析了光場在對稱金屬包覆波導(dǎo)中激發(fā)超高階導(dǎo)模的過程，以及光場在對稱金屬包覆波導(dǎo)中的增強效應(yīng)。使用FDTD軟件仿真模擬了光場在對稱金屬包覆波導(dǎo)中的增強效應(yīng)。
　　利用對稱金屬包覆波導(dǎo)制作傳感器，由于

2、對稱金屬包覆波導(dǎo)的上下表面鍍的金屬膜一般都為黃金、白銀或者鋁等，而金屬的介電常數(shù)實部相對于其虛部是一絕對值較大的負(fù)數(shù)，所以波導(dǎo)的有效折射率可以是非常小的一個數(shù)值，使得光在自由空間上就能直接耦合進(jìn)入波導(dǎo)腔中，光場在對稱金屬包覆中能激發(fā)出一系列的超高階導(dǎo)模，只有滿足導(dǎo)模所對應(yīng)的色散方程的光才能在波導(dǎo)腔中傳播。通過軟件模擬對稱金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)得到全反射吸收（ATR）譜圖，當(dāng)譜線處在最低點時意味著反射光最小，耦合進(jìn)入波導(dǎo)中的光能最大，光在波導(dǎo)腔

3、中的增強效應(yīng)最強。
　　使用FDTD軟件驗證對稱金屬包覆波導(dǎo)對進(jìn)入其中的光場的增強效應(yīng)，由于計算機內(nèi)存的限制，設(shè)置的結(jié)構(gòu)是一個幾十微米尺度的等比例縮小的對稱金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模型。當(dāng)光強為1的入射光在特定波長以特定角度照射在對稱金屬包覆波導(dǎo)上表面時，得出的仿真結(jié)構(gòu)顯示光強最大能增強8倍。基于對稱金屬包覆波導(dǎo)對光場的增強效應(yīng)可以用于檢測一些能夠被激發(fā)出熒光的物質(zhì)，并通過相關(guān)的計算得出被檢測物質(zhì)的濃度。
　　使用上述方法對羅丹明B

4、溶液的濃度進(jìn)行了相關(guān)的檢測，實驗結(jié)果顯示使用該方法對羅丹明B溶液的檢測濃度最低達(dá)到了19.3ng/mL，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他的檢測方法，并且檢測的時間極短，操作十分簡便。樣品的需求量也很小，避免了由于樣品取樣不足而達(dá)不到檢測要求的問題。該方法對其他能激發(fā)出熒光的溶液都適用，例如亞甲基藍(lán)溶液等等。
　　基于對稱金屬包覆波導(dǎo)的有毒物質(zhì)熒光檢測方法具有檢測濃度極限低，現(xiàn)象明顯，檢測用時短，檢測操作簡便，所需成本低，樣品需求量少等優(yōu)點?？梢詰?yīng)用于