一种产生表面等离子体波的装置及方法

摘要

本发明公开产生表面等离子体波的装置及方法。包括光源、传输光纤和三角棱镜，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点与底面对角线中点的连线垂直于底面，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层和金属薄膜层，所述金属薄膜层表面覆有环境介质；所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面。利用本发明的装置和方法所产生的共振集中区域的能量集中且峰值显著增大，同时具有共振光谱调制特性和很高的折射率响应灵敏度。

主权项

一种基于表面等离子共振的检测系统，具体包括产生表面等离子体波的装置、传输光纤I，产生表面等离子体波的装置包括光源、传输光纤和三角棱镜，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点与底面对角线中点的连线垂直于底面，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层和金属薄膜层，所述金属薄膜层表面覆有环境介质；所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面；其中，光源输出的入射光以预设入射角经传输光纤传输至入射面发生折射后依次传输至光电耦合层、金属薄膜层，所述入射角为45度，所述光电耦合层为TiO₂，折射率为2.2，厚度为150nm；棱镜材料为K9，折射率为1.5163；金属薄膜层的厚度为50nm，其中光电耦合层的折射率和厚度利用时域有限差分法数值模拟确定，其特征在于：该系统用于检测不同折射率的环境介质下反射光强度与入射波长之间的关系，光源输出的入射光经传输光纤入射至入射面发生折射后在传感面发生全反射；全反射产生的平行于入射光的反射光路上依次设有聚焦透镜和光纤光谱仪，反射光经传输光纤I传输至聚焦透镜聚焦后传输给光纤光谱仪；光纤光谱仪外接计算机检测光谱图经光谱分析呈现出不同折射率的环境介质下的反射光强度与入射波长之间的关系，该关系满足以下条件：式中，R为棱镜中P光的光强反射率，η₁＝N₁/cosθ₁为棱镜的导纳，N₁为棱镜的绝对折射率，θ₁为入射角，Y＝C′/B′，其中，B′为入射光电场振幅、C′为入射光磁场振幅；δ₂＝2πN₂d₁cosθ₂/λ，其中N₂为光电耦合层折射率，d₁为光电耦合层的厚度，θ₂为入射光在光电耦合层界面的反射角，λ为入射光波长；i是虚数单位；η₂＝N₂/cosθ₂为光电耦合层的导纳；δ₃＝2πN₃d₂cosθ₃/λ，其中N₃为金属薄膜层复折射率，d₂为金属薄膜层的厚度，θ₃为入射光在金属薄膜层界面的反射角，η₃＝N₃/cosθ₃为金属薄膜层的导纳,η₄＝N₄/cosθ₄为环境介质的导纳，N₄为环 境介质绝对折射率，θ₄为入射光在环境介质界面的反射角。