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关键词：
光谱分类,广义判别分析,线性判别分析,核主成分分析
发表时间：
2012-03-26 09:41:33
摘 要 介绍了一种新型一维光子晶体非完整表面缺陷模式折射率传感器的原理及方法，并构建了高分辨率、高Ｑ 值传感器探测实验系统，利用二甲基砜溶液验证了这种传感器。实验结果表明，该折射率传感器的灵敏度为３ ０２５ｎｍ·ＲＩＵ－１（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ Ｕｎｉｔ），当光谱仪的分辨率为０．０１ｎｍ 时，传感器的分辨率为３．３×１０－６ ＲＩＵ。该传感器的Ｑ 值为２６０，并且在１．４～１．４２范围内具有良好的线性度（线性度为０．９９１ ２７）。文章分析了传感器Ｑ 值与光子晶体周期数及被探测液体厚度之间的关系。理论和实验证明这种全反射型光子晶体表面波传感器具有与ＳＰＲ相似的无标、实时生物检测的特点且可获得更高的探测灵敏度、Ｑ 值和分辨率。
在化学和生物传感器中，折射率传感器占有重要的地位，它通过探测折射率的变化来确定化学物质的种类和含量。折射率传感器的主要类型是光学传感器，这是因为光学传感器反应快捷、高灵敏度以及操作简便并且不受电磁和环境干扰。这些优点使光学传感器在生物分子探测、环境分析、医药开发等领域得到了广泛应用。
目前已商业化的无标记光学生物传感器中，综合效果最好的是ＳＰＲ（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）传感器［１］。尽管ＳＰＲ生物传感器已被广泛使用，但其折射率分辨率只有１０－６ＲＩＵ。ＳＰＲ传感器通常利用银膜或者金膜激发表面等离子体波，但银膜很容易被氧化，利用金膜构成的ＳＰＲ传感器的尖峰的半带宽达７０ｎｍ［１］，因而其Ｑ 值往往很低，需要通过大量的数据处理，才能获得较高的折射率探测分辨率，增加了系统的复杂性，降低了系统的响应速度。
不仅如此，尽管目前已有部分ＳＰＲ的折射率分辨率已优于１０－６ ＲＩＵ，对于分子量不小于１ ０００ｄａ的液体浓度探测检出限一般在几十ｎｇ·ｍＬ－１量级，因而不能满足目前生物检测的需求，特别是对小分子、表面积较小或不均匀的液体探测还存在很多问题。
近年来光子晶体的研究被广泛关注，通过构成光子晶体的缺陷态可获得高Ｑ 值谐振腔模式且与ＳＰＲ传感器只能用Ｐ偏振光不同，光子晶体传感器可以使用Ｐ偏振光和Ｓ偏振光进行探测。文献［２］利用光子晶体多孔硅的折射率传感器原理是两个硅基光子晶体构成布拉格反射境，待探测的液体作为缺陷层，当液体折射率变化时，光子晶体反射尖峰发生移动从而达到探测折射率的目的，但这种传感器操作复杂，不能实时探测。
本文提出了一种在一维光子晶体表面构建由两层ＳｉＯ２和一层Ｓｉ组成的不完整缺陷模式的方法，并在课题组相关的波长调制ＳＰＲ传感器研究的基础上搭建了表面液体折射率的实验探测平台。在此基础上研究了该半无限一维光子晶体的响应特性以及获得高分辨率、高Ｑ 值传感器的原理及方法。
不仅如此，尽管目前已有部分ＳＰＲ的折射率分辨率已优于１０－６ ＲＩＵ，对于分子量不小于１ ０００ｄａ的液体浓度探测检出限一般在几十ｎｇ·ｍＬ－１量级，因而不能满足目前生物检测的需求，特别是对小分子、表面积较小或不均匀的液体探测还存在很多问题。
近年来光子晶体的研究被广泛关注，通过构成光子晶体的缺陷态可获得高Ｑ 值谐振腔模式且与ＳＰＲ传感器只能用Ｐ偏振光不同，光子晶体传感器可以使用Ｐ偏振光和Ｓ偏振光进行探测。文献［２］利用光子晶体多孔硅的折射率传感器原理是两个硅基光子晶体构成布拉格反射境，待探测的液体作为缺陷层，当液体折射率变化时，光子晶体反射尖峰发生移动从而达到探测折射率的目的，但这种传感器操作复杂，不能实时探测。
本文提出了一种在一维光子晶体表面构建由两层ＳｉＯ２和一层Ｓｉ组成的不完整缺陷模式的方法，并在课题组相关的波长调制ＳＰＲ传感器研究的基础上搭建了表面液体折射率的实验探测平台。在此基础上研究了该半无限一维光子晶体的响应特性以及获得高分辨率、高Ｑ 值传感器的原理及方法。
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