表面等离子体共振传感器共振谱的计算任务书

 2021-08-26 08:08

1. 毕业设计（论文）主要内容：

表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的一种传感技术，广泛应用于物理、化学、生物学领域，尤其是生物大分子结构的检测方面。SPR技术主要利用了光在介质与金属的界面处全反射时，穿透进金属的倏逝波激励起金属表面的自由电子集体振荡，产生表面等离子体波。当入射光波长或者入射角度满足一定的条件（即相位匹配）时，入射光波和表面等离子体波产生共振耦合，入射光能量被金属吸收转移给表面等离子波，使得反射光能量激剧下降，因此在器件的反射光谱（也即共振谱）上出现一个共振吸收峰，与吸收峰对应的入射波长或者入射角度就称为共振波长或者共振角。SPR传感器的共振谱有三个特征参数：共振角度（或共振波长）、共振深度和共振宽度。其中共振宽度决定了器件的灵敏度，是一个很重要的参数。一般来说，入射波长，金属膜的折射率，厚度以及介质的折射率等都会影响共振谱的特征参数。

本次毕业设计的主要工作就是首先利用薄膜光学的理论计算SPR传感器的光强反射率随入射角度的变化曲线，得到共振谱。然后再分析波长、金属材料性质及其厚度等因素对共振谱特征参量的影响。主要内容包括：1. 了解SPR共振技术的原理、SPR传感器的发展状况；2. 单层和多层薄膜系统的反射系数的理论计算；3.基于薄膜光学理论计算三层结构和四层结构的SPR传感器的共振谱，讨论波长、金属材料性质、金属膜层的厚度，粘结层对SPR传感器性能参数（共振角、共振深度和共振宽度）的影响。

2. 毕业设计（论文）主要任务及要求

  1. 查阅不少于15篇文献资料，其中近5年的英文文献不少于3篇，完成开题报告。

  2. 学习SPR共振技术的原理、了解SPR传感器的发展状况，复习薄膜光学理论，掌握单层和多层膜反射系数的计算方法；
  3. 在任务(2)的基础上计算三层和四层结构的SPR传感器的共振谱；分析波长、金属材料性质和金属膜厚度、粘结层对SPR谱的影响；
  4. 完成不少于汉字5000字的英文文献的翻译。

  5. 完成不少于1.2万字的毕业论文。

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    3. 毕业设计（论文）完成任务的计划与安排

    1. 第1~3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需背景知识（SPR共振技术的原理、发展状况）。

      完成开题报告。

    2. 第4~11周：完成任务书中的各项任务；
    3. 第12~14周：完成并修改毕业论文
    4. 第15周：准备论文答辩

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    4. 主要参考文献

    1.周强，基于金属/介质膜的表面等离子体共振的系统研究[D],大庆：东北石油大学，2014

    2. Masahiro Yamamoto, Surface Plasmon Resonance (SPR) Theory: Tutorial [J], Rev. Polarogr, 2002,48: 209-237

    3. 范希智，物理光学[M]，北京：清华大学出版社，2016年，第4章

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