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      ▌R1 在表面等離子體共振耦合傳感中的應用
      對一種提高表面等離子體共振耦合傳感性能的金屬光柵進行角分辨光譜表征


         表面等離子體共振      SPP      SPR傳感器      光柵      金屬微結構   

      【概述】光學表面等離子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)是一種典型的光物理現象,基于 SPR 峰位移(peak shift)的 SPR傳感器 已經被廣泛應用于食品質量、醫學診斷、環境監測、可再生能源、光電器件等領域。SPR 傳感器的性能主要通過靈敏度、穩定性、分辨率、選擇性和響應時間來評估。
            
      光柵結構示意圖、AFM 掃描圖、SEM 掃描圖
      圖1,光柵結構示意圖、AFM 掃描圖、SEM 掃描圖

      一篇發表于 Nanoscale,名為《Improving the sensing performance of double gold grating by oblique incident light》的文章,提出并證明了一種基于 Au 光柵的等離子體傳感模型可以明顯提高 SPR 傳感器的傳感性能。光柵由聚合物光柵和 Au 涂層組成(圖1)。作者通過優化 Au 涂層的厚度和入射光的角度,顯著提高了 SPR 傳感器的靈敏度(Sensitivity,S)和品質因數(Figure of Merit, FOM)。
            
            【樣品 & 測試】為了測試 double gold gratings 的傳感性能,作者對 Au 涂層厚度不一的 S1(23nm)、S2(44nm)、S3(65nm)、S4(92nm) 光柵樣品進行了大量的實驗及理論探究(圖2)。在理論探究方面,作者理論模擬了不同情況下的電場強度分布。在實驗方面,作者測量了不同情況下的特定角度反射率。文中對于反射率的測量均由復享光學的角分辨光譜設備 R1 來完成的。
            
      S3 樣品在不同角度、不同折射率溶液中的電場強度分布及反射率光譜
      圖2,S3 樣品在不同角度、不同折射率溶液中的電場強度分布及反射率光譜

      如 圖3 所示,通過對理論模擬及測試數據的分析,作者獲得了不同樣品在不同入射角度下的靈敏度(Sensitivity)和品質因數(FOM),并得出如下結論:1)波長靈敏度與 Au 鍍層厚度存在正相關的關系;2)選擇不同角度的入射光,可以提高共振耦合傳感的性能;3)在最佳的 Au 鍍層厚度(65nm)下,光柵的線寬可以降低 40%,同時 FOM 值提高兩倍;4)在傳感應用中,白光光源比偏振光源更具有優勢。
            
      不同樣品在不同入射角度下的靈敏度(Sensitivity)和品質因數(FOM)
      圖3,不同樣品在不同入射角度下的靈敏度(Sensitivity)和品質因數(FOM)


            
      文章對復享光學角分辨光譜系統 R1 的引用
      圖4,文章對復享光學角分辨光譜系統 R1 的引用

      【總結】為了提高等離子體共振傳感性能,作者提出了一種新的傳感模型,從實驗和理論兩個角度證明了這個模型的可行性,并對可優化的參數進行了定量研究。
            復享光學提供的角分辨光譜設備 R1(R1-A-UV) 在文中所述的角度光譜(角向光譜)測量方面起了不可替代的作用,為該領域研究的快速進展提供了有力的保障。
      【參考文獻】
            ? Wu, Feifei, et al. "Improving the sensing performance of double gold gratings by oblique incident light." Nanoscale 7.30 (2015): 13026-13032.  Link 
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