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用表面等离子体共振原理检测湿度环境
  • ISSN号:1004-4213
  • 期刊名称:《光子学报》
  • 时间:0
  • 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] O433.4[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004, [2]东北大学秦皇岛分校控制工程学院,河北秦皇岛066004
  • 相关基金:The National Natural Science Foundation of China (No. 61172044) and the Natural Science Foundation of Hebei Province (Nos. F2012203204, F2014501150)
中文摘要:

采用Kretschmann结构激发表面等离子体,利用多孔陶瓷材料Si02作感湿材料,当外界环境的相对湿度变化时,引起感湿层Si02的折射率发生相应变化,导致表面等离子体共振角发生偏移.采用有限元法对传感系统在不同感湿层折射率下的反射谱进行了模拟分析,并根据反射谱的共振半峰宽和共振峰深度对金膜的厚度进行优化.研究结果表明:金膜的最佳厚度为55nm,反射谱的共振角偏移量与感湿层折射率变化呈线性关系,湿度检测的分辨率高达0.37%RH,灵敏度达到0.03°/%RH.该研究对基于表面等离子体共振原理的湿度传感器的研制与应用具有一定意义.

英文摘要:

A method of humidity detection based on surface plasmon resonance was proposed. Kretschmann structure was applied to excite surface plasmon polarization. Porous ceramic SiO2 was used as the humidity-sensitive material. The refractive index of porous ceramic SiO2 altered as the ambient relative humidity changed, thus leading to a shift of surface plasmon resonance angle. On this basis, the reflection spectrum was simulated and analyzed under different refractive index of humidity-sensing layer by finite element method. Furthermore, the thickness of gold film was optimized in accordance with the full width at half maximum of reflection spectrum and the formant depth. The results show that, the best thickness of gold film is 55 nm, a linear relationship between the shift of surface plasmon resonance angle and the variation of humidity-sensing layer refractive index is got, high resolution of 0.37% RH and high sensitivity of 0.03°/% RH are obtained. The research contributes to the realization and application of humidity sensor based on surface plasmon resonance.

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期刊信息
  • 《光子学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 西安光机所
  • 主编:侯洵
  • 地址:西安市高新区新型工业园信息大道17号47分箱
  • 邮编:710119
  • 邮箱:photo@opt.cn
  • 电话:029-88887564
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-4213
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1235/O4
  • 邮发代号:52-105
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊,曾获中国光学学会先进期刊奖,中国科学院优秀期刊三等奖,陕西省国防期刊一等奖等
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,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),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:20700