石墨烯包裹納米尺度光纖生物傳感器.pdf

1、隨著表面等離子體共振傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，基于表面等離子體共振納米光纖生物傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。表面等離子體共振納米光纖傳感器由于具有免標(biāo)記，靈敏度高，無損傷，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生化傳感。然而，現(xiàn)在的表面等離子體共振傳感器都是基于金屬薄膜，金屬由于其損耗較大，對(duì)外界環(huán)境的折射率變化不敏感。所以針對(duì)這些問題，本文針對(duì)石墨烯包裹納米尺度光纖生物傳感器做了研究。論文的主要工作概況如下：
　　首先，本論文對(duì)表面等離子體共

2、振傳感器進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。主要介紹了基于光纖結(jié)構(gòu)的傳感器，基于克萊切曼結(jié)構(gòu)的傳感器，基于光柵耦合的傳感器。本文還研究了評(píng)價(jià)表面等立體共振傳感器的一些性能參數(shù)，和如何通過改變傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高傳感器的性能參數(shù)。納米光纖和傳統(tǒng)的光纖不同，納米光纖是通過表面倏逝波傳輸信息。石墨烯在特定條件下有類金屬的性質(zhì)，和介質(zhì)之間能產(chǎn)生表面等離子體共振，因此石墨烯和介質(zhì)之間產(chǎn)生表面等離子體共振激元能在納米光纖上傳播。另外石墨烯的折射率對(duì)外界環(huán)境比較敏感，

3、當(dāng)外界折射率發(fā)生變化時(shí)，石墨烯的折射率就會(huì)發(fā)生變化，影響傳輸信息相位、偏振的改變，從而實(shí)現(xiàn)傳感的作用。
　　進(jìn)而，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于表面等離子體共振石墨烯包裹納米尺度光纖生物傳感器，其結(jié)構(gòu)是在纖芯結(jié)構(gòu)上包裹一層石墨烯包層，結(jié)構(gòu)置于待測(cè)生物樣本之中。石墨烯包層折射率的改變，會(huì)引起光纖傳輸信息的改變，這是作為傳感器的主要機(jī)制?；谶@個(gè)原理，本論文建立了理論模型，通過求解麥克斯韋方程，解出在石墨烯和介質(zhì)界面處的散射方程。根據(jù)界面處的散射方程

4、，計(jì)算出TM和EH模式的散射方程。然后分析了界面內(nèi)外TM和EH模式電磁場(chǎng)的分布公式。最后通過在COMSOL中建立仿真模型，模擬仿真對(duì)特定折射率生物分子的檢測(cè)。本文研究的光纖傳輸信息和傳統(tǒng)光纖傳感器不同，本設(shè)計(jì)利用光纖傳播中的幾種模式的耦合作為入射光源，使波束在光纖中傳播的過程中，由于相消干涉產(chǎn)生了擺動(dòng)的“月牙”形狀，待測(cè)生物樣本折射率的變化會(huì)影響“月牙”形狀的傳輸信息，在輸出端我們根據(jù)月牙形狀和其他的傳輸信息的改變，就能檢測(cè)特定折射率的