金属石墨结构D型光纤SPR生物传感器设计与模拟

1 下载量 52 浏览量 更新于2024-08-27 收藏 668KB PDF 举报
"D-shaped光纤光学表面等离子体共振生物传感器基于金属石墨烯结构的研究" 在光学传感领域,D-shaped光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)生物传感器因其高灵敏度和实时监测能力而备受关注。本文详细介绍了利用金属石墨烯层设计的一种新型D-shaped光纤SPR生物传感器,并通过有限元方法对其进行了模拟研究。 首先,这种D-shaped光纤结构的独特设计允许光在光纤核心与外部环境之间进行有效交互。D-shaped光纤的横截面形状类似于字母"D",其中一侧被切割,使得光纤内部的光能够与外部介质直接接触。这种设计极大地提高了传感器对环境变化的敏感性。 文章指出,金属石墨烯层是传感器的核心组成部分,它能够产生表面等离子体振荡(Surface Plasmon Oscillation)。金属石墨烯具有优异的电学性能和光学特性,其导电性和可调谐性使得它成为理想的选择用于感应外部环境的折射率变化。在实验中,研究者模拟了当外部环境折射率从1.33变化到1.36时的SPR效应。 通过有限元方法的模拟,结果显示金属石墨烯层在特定的偏振状态下可以与光有效地耦合,触发强烈的等离子体振荡。这种耦合效应使得传感器能够对微小的折射率变化作出响应,因此,它可以用来检测生物分子如蛋白质、核酸或其他化学物质的存在和浓度,这些变化通常伴随着环境折射率的变化。 此外,金属石墨烯的使用还带来了其他优势,比如低损耗、高稳定性和生物兼容性,这些特性对于构建高性能生物传感器至关重要。该工作不仅提供了一种新的传感器设计方案,也为开发更高效、更灵敏的生物检测技术开辟了新路径。 这篇研究论文深入探讨了D-shaped光纤SPR生物传感器的工作原理,强调了金属石墨烯层在提高传感器性能方面的重要性,并展示了通过模拟方法优化传感器设计的潜力。这一研究对于未来在生物医学、环境监测以及食品安全等领域实现高精度的检测技术具有重要意义。