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复合金属光栅模式分离与高性能气体传感器应用
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2015.5
  • 页码:294-299
  • 分类:TP212[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]华中科技大学、光电国家实验室,武汉430074
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61176064)资助的课题.
  • 相关项目:相变氧化物THz波传输特性及集成超材料调制器应用
中文摘要:

为实现近红外波段表面等离子体共振(SPR)模式的分裂和移动,同时提高光栅基SPR传感器的品质因数,提出了一种由双金属光栅构成的新型复合结构光栅,并研究了其气体传感特性.运用有限时域差分算法对该结构进行了数值模拟,发现由复合金属光栅激发的SPR出现模式分裂的现象.通过增大双金属光栅阵列间的相对位移改变原结构的对称性,导致复合金属光栅分裂的SPR模式朝相反方向移动.当相对位移量进一步增大到双光栅合并成新的单一光栅时,随光栅结构对称性的恢复,分裂的两共振模式最后又重新合并为一个模式.如果待测物的折射率为1.01 na 1.05,当相对位移量为0时,基于复合光栅结构气体传感器的折射率灵敏度为1207.5 nm/RIU,且品质因数达到1290.7;当相对位移量为100 nm时,与双共振模式对应的折射率灵敏度分别为1205.0 nm/RIU和1210.0 nm/RIU,品质因数分别为1295.4和762.3.因此,复合光栅SPR传感器具有超高品质因数的性能,使得它在生物化学传感领域中有巨大的应用潜力.

英文摘要:

To achieve the surface plasmon resonance (SPR) mode splitting in infrared wavelength band, and to improve the figure-of-merit (FOM) of grating based SPR sensor, in this article we present a new composite grating structure, which consists of double metal gratings, and study the gas sensing performance. Split modes of SPR in composite metal grating are observed by using the finite difference time domain method. The original structure symmetry is broken and changed with increasing relative displacement between the double gratings, as a result, the resonant modes move to opposite directions. Calculated electric field distribution of the two separate resonant modes displays two different degrees of coupling effect between the double gratings. When the relative displacement is further increased till the double gratings are connected to form a new symmetrical single grating, the separate resonant modes will merge into another single resonant mode. If the refractive index of analyte (na) is in a range 1.01 ≤ na ≤ 1.05 and the relative displacement of double gratings is zero, the wavelength sensitivity based on composite metal grating gas sensor reaches 1207.5 nm/RIU (per refractive index of unit) and the FOM is obtained to be 1290.7, while the relative displacement of the double gratings is 100 nm, for the double split modes the wavelength sensitivities are 1205.0 nm/RIU and 1210.0 nm/RIU, respectively, and the corresponding FOMs are 1295.4 and 762.3. Therefore, the high FOM of the composite grating based on SPR sensor possesses great potential applications in biochemical sensing.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876