利用雷射激發表面電漿波之化學感測器研究

A Study of Chemical Sensor Based on Surface Plasmon Excited by Laser

劉建宏 ； 鄭益昌 ； 蘇文寬 ； 李正民 ； 許志民 ； 張連壁 ； 宋大偉

《光學工程》 62期 (1998/06) Pp. 5-12

https://doi.org/10.30011/OE.199806.0001

摘要

本論文採用三層的Kretschmann組態來製砟化學感到器，我們將金屬膜直接蒸鍍於BK-7的綾鏡底部，形成稜鏡－金屬膜－介質之三層結構。我們採用金模作爲金屬層以利能檢測到較銀膜更明顯的共振角之變化量，如此可以很清楚的觀測到不同濃度的蔗糖水溶液，在表面電漿子共振時，其共振角之間的變化量；同時亦可解決在Otto組態中，難以控制金屬與稜鏡之間空氣間隙大小的問題。在本論文中，首先就金屬膜厚度的最佳化設計，分別以計算機程式模擬與實驗量測，找出金膜之最佳化厚度約爲46nm。接著以計算機程式模擬在不同金屬膜厚度的情況下，其反射率(R)與共振角(θ)的關係變化，及在最佳化金膜厚度時，改變介質之介電常數值時，其共振角的平移情形。最後利用此一最佳化設計之化學感測器，來量測不同濃度的蔗糖溶液，在表面電漿子共振時其共振吸收角的平移狀況。並將實驗值與理論模擬所獲得的結果作對照，以驗證兩者之間的相符性。

關鍵字

表面電漿波 ； 化學感測器 ； 反射率 ； 介電常數

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A chemical sensor based on surface plasmon excitation was constructed by deposited gold metal film directly on a BK-7 prism, to form a Kretschmann configuration prism/metal film/dielectric. The chemical sensor has been optimized by use of computer simulation, the optimum thick of metal film is about 46nm. Calculated and experimentally measured performances ard in good agreement, showing these values of simulation and experimental measurement with figures.
We measured the reflectivity vs. position of the surface plasmon dip in the optimum gold metal film with water and different concentrations of sugar solution as dielectric. We also found that the position of the surface plasmon dip with various concentrations per volume of sugar changes from 72.50° to 77.5°, and the deviation angles with water △υ vs. various concentrations of sugar is almost linear.

並列關鍵字

surface plasma wave ； chemical sensor ； reflectivity ； dielectric constant