纳米颗粒增强表面等离子共振传感器模式分析
Acta Metrologica Sinica（2023）
Abstract
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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metrology,surface plasmon resonance sensor,modal analysis,nanoparticle arrays,effective dielectric constant theory
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