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计量学报  2023, Vol. 44 Issue (10): 1582-1589    DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.14
  电离辐射、化学计量与生物计量 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
纳米颗粒增强表面等离子共振传感器模式分析
姜竟宏1,2,辛子怡1,段俊毅2,周亚东1
1.中国计量大学 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
2.中国计量科学研究院 前沿计量科学中心,北京 100029
Modal Analysis of Particle Amplified Surface Plasmon Resonance Sensor
JIANG Jing-hong1,2, XIN Zi-yi1, DUAN Jun-yi2, ZHOU Ya-dong1
全文: PDF (754 KB)   HTML (1 KB) 
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 利用2种纳米颗粒阵列结构分析了其耦合的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器的共振模式和灵敏度。该传感器多采用Kretschmann结构,由五层材料组成,分别为棱镜、金薄膜、SiO2介质体、纳米颗粒阵列和空气。实验中选取了金球状颗粒(AuNps)和Au-SiO2核壳结构颗粒(CSNps)组成阵列层,并采用Maxwell-Garnett进行建模,计算出了相应的有效介电常数,进而结合广义反射系数分析了它们的传播特性。结果显示,AuNps阵列不同层厚和阵列几何构型对反射率和模态场分布的影响是不同的。其次,CSNps阵列结构表明,在TM极化下可以激发多种共振模式,且内核半径和壳体厚度会影响SPR传感器的灵敏度,其中内核半径对灵敏度的影响更大。纳米颗粒的间距和尺寸会影响阵列层中CSNps的浓度,从而影响灵敏度。
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作者相关文章
姜竟宏
辛子怡
段俊毅
周亚东
关键词 计量学表面等离子共振传感器模式分析纳米颗粒阵列有效介质理论    
Abstract:We analyzed the resonance mode and sensitivity of the surface plasmon resonance (SPR) sensor coupled by two kinds of nanoparticle arrays. Most of the sensors use a Kretschmann structure composed of five layers of materials: namely prism, gold film, SiO2 medium, nanoparticle array and air. The effective dielectric constants of AuNps layer and CSNps layer of core-shell structure were calculated by using Maxwell-Garnett theory. Then their propagation characteristics were analyzed with the generalized reflection coefficient. Firstly, the simulation results show the reflectance and modal field distribution of AuNps array with different thickness and geometry. Secondly,the CSNps array structure shows that multiple resonance modes can be excited under TM polarization,and the inner core radius and shell thickness will affect the sensitivity of the SPR sensor,with the inner core radius having a greater impact on sensitivity.The spacing and size of the nanoparticles will affect the concentration of CSNps in the array layer,thereby affecting sensitivity.
Key wordsmetrology    surface plasmon resonance sensor    modal analysis    nanoparticle arrays    effective dielectric constant theory
收稿日期: 2023-05-09      发布日期: 2023-10-10
PACS:  TB99  
基金资助:国家自然科学基金(22204154; 62005261);浙江自然科学基金探索青年项目(LQ22A040002)
通讯作者: 周亚东(1990-),河南商丘人,中国计量大学讲师,硕士导师,主要从事物理化学、表面等离子光子学、微纳光学方向的研究。Email:zyadong2013@cjlu.edu.cn     E-mail: duanjy@nim.ac.cn
作者简介: 姜竟宏(1996-),浙江台州人,中国计量大学与中国计量科学研究院联合培养硕士研究生,研究方向为微纳光学和几何光学。Email:aoyilingabc@163.com
引用本文:   
姜竟宏,辛子怡,段俊毅,周亚东. 纳米颗粒增强表面等离子共振传感器模式分析[J]. 计量学报, 2023, 44(10): 1582-1589.
JIANG Jing-hong, XIN Zi-yi, DUAN Jun-yi, ZHOU Ya-dong. Modal Analysis of Particle Amplified Surface Plasmon Resonance Sensor. Acta Metrologica Sinica, 2023, 44(10): 1582-1589.
链接本文:  
http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.14     或     http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/Y2023/V44/I10/1582
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