Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса
Показано, что использование инфракрасного источника излучения позволяет улучшить чувствительность сенсора по сравнению с источником видимого света.
Saved in:
| Date: | 2011 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2011
|
| Series: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51755 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса / Ю.В. Ушенин, А.В. Самойлов, Р.В. Христосенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2011. — № 1-2. — С. 12-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-51755 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-517552025-02-23T18:23:17Z Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса Збільшення чутливості сенсорів зміни показника заломлення середовища на основі поверхневого плазмонного резонансу Increase in sensitivity of sensor units of environment refraction index change based on superficial plasmon resonance Ушенин, Ю.В. Самойлов, А.В. Христосенко, Р.В. Сенсоэлектроника Показано, что использование инфракрасного источника излучения позволяет улучшить чувствительность сенсора по сравнению с источником видимого света. Проаналізовано результати комп'ютерного моделювання вимірів кутового спектру поверхневого плазмонного резонансу в металевих плівках за допомогою приладу ПЛАЗМОН-5 з інфрачервоним випромінювачем. Показано, що використання інфрачервоного джерела випромінювання дозволяє поліпшити чутливість сенсору в порівнянні з джерелом видимого світла. На прикладі виміру показників заломлення діелектрика приладом ПЛАЗМОН-5 здійснено експериментальну перевірку теоретичних розрахунків. Results of computer modeling of an angular spectrum superficial plasmon resonance in metal films measurements with device PLAZMON-5 with infra-red radiator are analysed. It is shown that use of an infra-red source of radiation allows to improve sensitivity of sensor device in comparison with source of visible light . On an example of dielectric refraction indexes measurement with PLAZMON-5 device experimental check of theoretical calculations has been carried out. 2011 Article Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса / Ю.В. Ушенин, А.В. Самойлов, Р.В. Христосенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2011. — № 1-2. — С. 12-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51755 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника |
| spellingShingle |
Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника Ушенин, Ю.В. Самойлов, А.В. Христосенко, Р.В. Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Показано, что использование инфракрасного источника излучения позволяет улучшить чувствительность сенсора по сравнению с источником видимого света. |
| format |
Article |
| author |
Ушенин, Ю.В. Самойлов, А.В. Христосенко, Р.В. |
| author_facet |
Ушенин, Ю.В. Самойлов, А.В. Христосенко, Р.В. |
| author_sort |
Ушенин, Ю.В. |
| title |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| title_short |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| title_full |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| title_fullStr |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| title_full_unstemmed |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| title_sort |
увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Сенсоэлектроника |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51755 |
| citation_txt |
Увеличение чувствительности сенсоров изменения показателя преломления среды на основе поверхностного плазмонного резонанса / Ю.В. Ушенин, А.В. Самойлов, Р.В. Христосенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2011. — № 1-2. — С. 12-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT ušeninûv uveličeniečuvstvitelʹnostisensorovizmeneniâpokazatelâprelomleniâsredynaosnovepoverhnostnogoplazmonnogorezonansa AT samojlovav uveličeniečuvstvitelʹnostisensorovizmeneniâpokazatelâprelomleniâsredynaosnovepoverhnostnogoplazmonnogorezonansa AT hristosenkorv uveličeniečuvstvitelʹnostisensorovizmeneniâpokazatelâprelomleniâsredynaosnovepoverhnostnogoplazmonnogorezonansa AT ušeninûv zbílʹšennâčutlivostísensorívzmínipokaznikazalomlennâseredoviŝanaosnovípoverhnevogoplazmonnogorezonansu AT samojlovav zbílʹšennâčutlivostísensorívzmínipokaznikazalomlennâseredoviŝanaosnovípoverhnevogoplazmonnogorezonansu AT hristosenkorv zbílʹšennâčutlivostísensorívzmínipokaznikazalomlennâseredoviŝanaosnovípoverhnevogoplazmonnogorezonansu AT ušeninûv increaseinsensitivityofsensorunitsofenvironmentrefractionindexchangebasedonsuperficialplasmonresonance AT samojlovav increaseinsensitivityofsensorunitsofenvironmentrefractionindexchangebasedonsuperficialplasmonresonance AT hristosenkorv increaseinsensitivityofsensorunitsofenvironmentrefractionindexchangebasedonsuperficialplasmonresonance |
| first_indexed |
2025-11-24T09:47:00Z |
| last_indexed |
2025-11-24T09:47:00Z |
| _version_ |
1849664597774041088 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2011, ¹ 1�2
12
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
***
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî
ÍÊ òâåðäîãî ðàñòâîðà Si1�xGex ìîæíî èñïîëüçîâàòü
äëÿ ñîçäàíèÿ ðàäèàöèîííî ñòîéêèõ âûñîêî÷óâñòâè-
òåëüíûõ ñåíñîðîâ äåôîðìàöèè, ðàáîòîñïîñîáíûõ â
ñëîæíûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè (äîïóñòèìàÿ äîçà
îáëó÷åíèÿ γ-êâàíòàìè � 2·1017 ñì�2, ìàãíèòíîå ïîëå
ñ èíäóêöèåé äî 4 Òë).
Ïîêàçàíî, ÷òî ÍÊ ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì
ρ300K = 0,018 Îì·ñì îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ òî÷íîñòü
èçìåðåíèÿ äåôîðìàöèè (±5·10�6 îòí. åä.) ïðè òåìïå-
ðàòóðå 4,2 Ê.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Äðóæèí³í À. Î., Îñòðîâñüêèé ². Ï., Êîãóò Þ. Ð. Íèòêî-
ïîä³áí³ êðèñòàëè êðåìí³þ, ãåðìàí³þ òà ¿õ òâåðäèõ ðîç÷èí³â ó
ñåíñîðí³é åëåêòðîí³ö³.� Ëüâ³â: ÍÓ «Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà», 2010.
2. Äåêëàð. ïàò. íà êîðèñíó ìîäåëü 4531. Ñåíñîð òåìïåðàòóðè /
À. Î. Äðóæèí³í, ². Ï. Îñòðîâñüêèé, Í. Ñ. Ëÿõ, Ñ. Ì. Ìàò⳺íêî.�
2005.� Áþë. ¹ 1.
3. Äðóæèí³í À. Î., Îñòðîâñüêèé ². Ï., Õîâåðêî Þ. Ì. òà ³í.
Âïëèâ îïðîì³íåííÿ γ-êâàíòàìè íà âëàñòèâîñò³ íèòêîïîä³áíèõ êðè-
ñòàë³â Si-Ge // Ô³çèêà ³ õ³ì³ÿ òâåðäîãî ò³ëà.� 2010.� Ò. 11, ¹ 1.�
Ñ. 89�92.
4. Äðóæèí³í À. Î., Ìàð�ÿìîâà ². É., Îñòðîâñüêèé ². Ï. òà ³í.
Âïëèâ ðàä³àö³éíîãî îïðîì³íåííÿ íà ñòðèáêîâó ïðîâ³äí³ñòü íèòêî-
ïîä³áíèõ êðèñòàë³â Si òà Si-Ge // Òåçè äîï. ²V Óêð. íàóê. êîíô. ç
ô³çèêè íàï³âïðîâ³äíèê³â.� Óêðà¿íà, ì.Çàïîð³ææÿ, 2009.� Ò. 1.�
Ñ. 192�193.
5. Øêëîâñêèé Á. È., Ýôðîñ À. À. Ýëåêòðîííûå ñâîéñòâà ëåãè-
ðîâàííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ.� Ì.: Íàóêà, 1997.
6. Druzhinin A., Ostrovskiy I., Lavitska E. et al. Studies of
piezoresistance in Si-Ge whiskers at cryogenic temperatures // Proc.
SPIE.� 2003.� Vol. 5136.� P. 243�248.
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
06.10 2010 ã.
Îïïîíåíò ä. ô.-ì. í. À. À. ÇÀÕÀÐ×ÅÍÊÎ
(ÕÔÒÈ, ã. Õàðüêîâ)
Þ. Â. ÓØÅÍÈÍ, ê. ô.-ì. í. À. Â. ÑÀÌÎÉËÎÂ, Ð. Â. ÕÐÈÑÒÎÑÅÍÊÎ
Óêðàèíà ã. Êèåâ, Èíñòèòóò ôèçèêè ïîëóïðîâîäíèêîâ
èì. Â. Å. Ëàøêàð¸âà ÍÀÍÓ
E-mail: samoylovanton@mail.ru
ÓÂÅËÈ×ÅÍÈÅ ×ÓÂÑÒÂÈÒÅËÜÍÎÑÒÈ ÑÅÍÑÎÐÎÂ
ÈÇÌÅÍÅÍÈß ÏÎÊÀÇÀÒÅËß ÏÐÅËÎÌËÅÍÈß ÑÐÅÄÛ ÍÀ
ÎÑÍÎÂÅ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÍÎÃÎ ÏËÀÇÌÎÍÍÎÃÎ ÐÅÇÎÍÀÍÑÀ
Ïîêàçàíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå èíôðà-
êðàñíîãî èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ïîçâîëÿ-
åò óëó÷øèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñåíñî-
ðà ïî ñðàâíåíèþ ñ èñòî÷íèêîì âèäèìî-
ãî ñâåòà.
Ïîâåðõíîñòíûé ïëàçìîííûé ðåçîíàíñ (ÏÏÐ) çà-
êëþ÷àåòñÿ â îïòè÷åñêîì âîçáóæäåíèè ïëàçìîíîâ (èëè
âîëíîîáðàçíîãî èçìåíåíèÿ ïëîòíîñòè çàðÿäà) â ïî-
âåðõíîñòè, ðàçäåëÿþùåé ïðîâîäíèê (íàïðèìåð, ñå-
ðåáðî èëè çîëîòî) è äèýëåêòðèê (ýòî ìîæåò áûòü ãàç,
æèäêîñòü èëè òâåðäîå òåëî). Ðåçîíàíñíûé âîëíîâîé
âåêòîð, ñâÿçàííûé ñ îïòè÷åñêèì âîçáóæäåíèåì ïî-
âåðõíîñòíûõ ïëàçìîíîâ, çàâèñèò îò êîìïëåêñíîãî ïî-
êàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ìåòàëëà è îêðóæàþùåé äèý-
ëåêòðè÷åñêîé ñðåäû. Ýòîò ðåôðàêòîìåòðè÷åñêèé ìå-
òîä ñ óñïåõîì èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ àíàëèçà ðàçíîîá-
ðàçíûõ âåùåñòâ, áóäü òî ãàçû (íàïðèìåð, àðîìàòè-
÷åñêèå óãëåâîäîðîäû) [1], æèäêîñòè (íàïðèìåð, òîê-
ñèíû â æèäêîé ñðåäå) [2] èëè òâåðäûå òåëà (íàïðè-
ìåð, íåîðãàíè÷åñêèå òâåðäûå ÷àñòèöû [3] è îðãàíè-
÷åñêèå ïëåíêè Langmuir-Blodgett [4]).
Îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâîì ïîâåðõíîñòíîãî ïëàç-
ìîííîãî ðåçîíàíñà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí ïîçâîëÿåò íà-
áëþäàòü èçìåíåíèÿ êîìïëåêñíîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîì-
ëåíèÿ, êîòîðûå ïðîèñõîäÿò âáëèçè ïîâåðõíîñòè ñåí-
ñîðà. Òî åñòü, ëþáîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå íà ïîâåðõ-
íîñòè, êîòîðîå ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ïîêàçàòåëÿ ïðå-
ëîìëåíèÿ, ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ ïîëó÷åíèÿ
îòêëèêà èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû.
Äëÿ ðåãèñòðàöèè ýôôåêòà ÏÏÐ èñïîëüçóþò ðàç-
ëè÷íûå ïðèíöèïû: çàïèñü èíòåíñèâíîñòè îòðàæåííî-
ãî ñâåòà íà ïîëóâûñîòå ìèíèìóìà ÏÏÐ-êðèâîé [5];
ïðèìåíåíèå êîíâåðãèðóþùåãî ñâåòîâîãî ïó÷êà è êî-
îðäèíàòíî-÷óâñòâèòåëüíîãî ðåãèñòðàòîðà [6]; ìåõà-
íè÷åñêîå ñêàíèðîâàíèå óãëà ïàäåíèÿ [7], ïðè êîòî-
ðîì ïðèìåíÿþò êàê ìîíîõðîìàòè÷åñêèé ëàçåðíûé èñ-
òî÷íèê èçëó÷åíèÿ, òàê è èñòî÷íèêè íåìîíîõðîìàòè-
÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ [8].
Ïîÿâëåíèå íîâûõ ìîäèôèêàöèé ïðèáîðîâ [9] ñâè-
äåòåëüñòâóåò îá àêòóàëüíîñòè íàïðàâëåíèÿ è íàëè÷èè
äîñòàòî÷íî áîëüøîãî êîëè÷åñòâà íåðåøåííûõ çàäà÷,
òðåáóþùèõ íåïðåðûâíîé ìîäåðíèçàöèè ñåíñîðîâ òà-
êîãî òèïà è ïðèñïîñîáëåíèÿ èõ ê èçìåíÿþùèìñÿ òðå-
áîâàíèÿì ê ÷óâñòâèòåëüíîñòè, òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ,
âîñïðîèçâîäèìîñòè ðåçóëüòàòîâ.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìàòðèâàåòñÿ îäèí èç âîç-
ìîæíûõ ñïîñîáîâ óëó÷øåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÏÏÐ-
ïðåîáðàçîâàòåëåé ê èçìåíåíèþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîì-
ëåíèÿ èññëåäóåìîé ñðåäû, îñíîâàííûé íà ïðèìåíå-
íèè äëèííîâîëíîâûõ èñòî÷íèêîâ âîçáóæäåíèÿ ÏÏÐ.
Àíàëèç âîçìîæíîñòè óâåëè÷åíèÿ ÷óâñòâèòåëü-
íîñòè ê èçìåíåíèþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ
âíåøíåé ñðåäû
Îñíîâíûìè îáúåêòàìè àíàëèçà â íàñòîÿùåé ðà-
áîòå ñëóæàò ïðèáîðû ñåðèè ÏËÀÇÌÎÍ [10, 11], êî-
òîðûå ÿâëÿþòñÿ óíèâåðñàëüíûìè ïðè ðåãèñòðàöèè ÏÏÐ
â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà â êà÷åñòâå äèýëåêòðèêà èñïîëü-
çóþò æèäêîñòè è ãàçû.  íèõ â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà
ñâåòà èñïîëüçóåòñÿ ëàçåðíûé ñâåòîèçëó÷àþùèé äèîä
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2011, ¹ 1�2
13
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ñ îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé ôîðìèðîâàíèÿ êîëëèìèðîâàí-
íîãî ïó÷êà.
Ïðèáîð ÏËÀÇÌÎÍ-5 ìîæåò ðàáîòàòü â äâóõ ðå-
æèìàõ. Â ïåðâîì ðåæèìå èçìåðÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü
I îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäå-
íèÿ ϕ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà ñèñòåìó «ïðèçìà�çî-
ëîòî�äèýëåêòðèê». Ïðè êàêèõ-ëèáî èçìåíåíèÿõ, ïðî-
èñõîäÿùèõ íà ïîâåðõíîñòè çîëîòîé ïëåíêè, èçìåíÿ-
åòñÿ óãëîâîå ïîëîæåíèå ìèíèìóìà íà ÏÏÐ-êðèâîé
I(ϕ), êîòîðîå ôèêñèðóåòñÿ ïðèáîðîì. Â ÏËÀÇÌÎÍå-5
èñïîëüçóåòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð ñ äëèíîé âîë-
íû λ=650 íì, äèàïàçîí èçìåíåíèÿ óãëîâ ïàäåíèÿ â
âîçäóøíîé ñðåäå ñîñòàâëÿåò 17°, ïðè ýòîì ðàçáðîñ
èçìåðåíèé óãëà ñîñòàâëÿåò îêîëî 10′′, ÷òî ïîçâîëÿåò
îïðåäåëÿòü èçìåíåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ íà âå-
ëè÷èíó 5·10�5. Òåîðåòè÷åñêèé ðàñ÷åò, ïðîâåäåííûé ïî
[12, ñ. 379�388] c ïîìîùüþ ïðîãðàììû Mathcad 13.1,
ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà
ñ äëèíîé âîëíû λ=650 íì, èçìåíåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðå-
ëîìëåíèÿ ñðåäû íà 0,0001 ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ óã-
ëîâîãî ïîëîæåíèÿ ìèíèìóìà ÏÏÐ-êðèâîé íà 0,0095°,
à ïðè λ=820 íì � íà 0,0076°. Òî åñòü, ÷åì áîëüøå
äëèíà âîëíû, âîçáóæäàþùåé ÏÏÐ, òåì ìåíüøå èçìå-
íÿåòñÿ óãëîâîå ïîëîæåíèå ìèíèìóìà íà ÏÏÐ-êðèâîé
ïðè îäèíàêîâûõ èçìåíåíèÿõ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ
âíåøíåé ñðåäû. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå âîëí
áîëüøåé äëèíû â ðåæèìå èçìåðåíèÿ ïîëíîé ÏÏÐ-
êðèâîé ïðèâîäèò ê óõóäøåíèþ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè-
áîðà, â äàííîì ñëó÷àå � â 1,25 ðàçà.
Âî âòîðîì ðåæèìå ðàáîòû ïðèáîðà ñíà÷àëà èçìå-
ðÿþò ïîëíóþ êðèâóþ I(ϕ) (ðèñ. 1). Çàòåì âûáèðàþò
ðàáî÷óþ òî÷êó íà åå ñïàäàþùåé âåòâè, â ñîîòâåò-
ñòâèè ñ êîîðäèíàòàìè êîòîðîé øàãîâûé äâèãàòåëü ïðè-
áîðà óñòàíàâëèâàåò ïîâîðîòíóþ ñèñòåìó. Äàëåå èç-
ìåðÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ ïðè
ôèêñèðîâàííîì óãëå ïàäåíèÿ. Ïðè èçìåíåíèè îïòè-
÷åñêèõ ñâîéñòâ ñðåäû íàä ïîâåðõíîñòüþ çîëîòîé
ïëåíêè ÏÏÐ-êðèâàÿ ñìåùàåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê ïåðå-
ìåùåíèþ ôèêñèðîâàííîé ïî óãëó ïàäåíèÿ ðàáî÷åé
òî÷êè âäîëü ÏÏÐ-êðèâîé, à çíà÷èò è ê èçìåíåíèþ èí-
òåíñèâíîñòè îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ. Òàêèì îáðàçîì,
÷óâñòâèòåëüíîñòü âñåé ñèñòåìû â ýòîì ðåæèìå îïðå-
äåëÿåòñÿ êðóòèçíîé ñïàäàþùåé âåòâè ÏÏÐ-êðèâîé,
ò. å. âåëè÷èíîé ïðîèçâîäíîé dI/dϕ. Ðàñ÷åòíûå ÏÏÐ-
êðèâûå äëÿ âîëí ðàçíîé äëèíû, à òàêæå âèä ïåðâûõ
ïðîèçâîäíûõ dI/dϕ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.1.
Èç ðèñ. 1, á âèäíî, ÷òî àáñîëþòíîå çíà÷åíèå ìàê-
ñèìóìà ïðîèçâîäíîé äëÿ λ=650 íì ðàâíî 0,5 ïðè
ϕ≈ 62°, à äëÿ λ=820 íì � 1,3 ïðè ϕ≈59°. Ýòî îçíà÷à-
åò, ÷òî âî âòîðîì ðåæèìå èçìåðåíèé ïðè λ=820 íì çà
ñ÷åò èçìåíåíèÿ ôîðìû ÏÏÐ-êðèâîé (ðèñ.1, à) ìîæ-
íî ïîëó÷èòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê èçìåíåíèþ ïîêàçà-
òåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñèñòåìû â 2,67 ðàçà âûøå, ÷åì ïðè
λ=650 íì (ðèñ. 2 êðèâàÿ 2). Íî ó÷èòûâàÿ òî, ÷òî ïðè
óâåëè÷åíèè λ âñÿ êðèâàÿ ñäâèãàåòñÿ ïî óãëó â 1,25
ðàçà ìåíüøå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè âîëí äëèíîé
650 íì (êðèâàÿ 1), ïîëó÷àåì îáùèé êîýôôèöèåíò óâå-
ëè÷åíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè � 2,14 (êðèâàÿ 3). Òàêæå
áûëî ðàññ÷èòàíî èçìåíåíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè-
áîðà ñ äàëüíåéøèì ðîñòîì äëèíû âîëíû. Ðåçóëüòàòû
ðàñ÷åòà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2.
Åñëè äëÿ ðåøåíèÿ êîíêðåòíîé çàäà÷è íå õâàòàåò
÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèáîðà íà îïðåäåëåííîé äëèíå
âîëíû, òî èç ãðàôèêîâ íà ðèñ. 2 ìîæíî îöåíèòü öåëå-
ñîîáðàçíîñòü ïåðåõîäà íà äðóãóþ âîëíó âîçáóæäå-
íèÿ ïëàçìîííîãî ðåçîíàíñà.
Ýêñïåðèìåíò
Äëÿ ïðîâåðêè òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ íà áàçå
ïðèáîðà ÏËÀÇÌÎÍ-5 ñ äëèíîé âîëíû âîçáóæäåíèÿ
650 íì áûë ñîçäàí ïðèáîð ñ äëèíîé âîëíû 820 íì.
Ñåíñîðíûé ÷èï ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñòåêëÿííóþ ïëà-
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
58 60 62 64 66 68
ϕ, ãðàäóñ
1,0
0,5
0
�0,5
1,0
�1,5
58 60 62 64 66 68
ϕ, ãðàäóñ
I,
î
òí
. å
ä.
dI
/d
ϕ
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè I îòðàæåííîãî èçëó-
÷åíèÿ (à) è dI/dϕ (á) îò óãëà ïàäåíèÿ íà çîëîòóþ ïëåíêó
âîëí âîçáóæäåíèÿ ðåçîíàíñà ðàçíîé äëèíû
à)
á)
820 íì
650
820 íì
650
9
8
7
6
5
4
3
2
1
600 650 800 1000 1200 1400 1600
ϕ, ãðàäóñ
(∆
ϕ/
∆n
) λ=
65
0
í
ì
/(
∆ϕ
/∆
n)
λ
Ðèñ. 2. Èçìåíåíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèáîðà ê èçìåíå-
íèþ n ïðè l=650 íì ñ ðîñòîì äëèíû âîëíû âîçáóæäåíèÿ
ÏÏÐ â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ èçìåðåíèÿ:
1 � ïåðâûé ðåæèì (ïî èçìåíåíèþ óãëîâîãî ïîëîæåíèÿ ìèíèìó-
ìà ÏÏÐ-êðèâîé); 2 � âòîðîé ðåæèì (ïî èçìåíåíèþ êðóòèçíû
ÏÏÐ-êðèâîé); 3 � ðåàëüíîå óâåëè÷åíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèáîðà
2
3
1
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2011, ¹ 1�2
14
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ñòèíó ðàçìåðàìè 20×20×1 ìì ñ ïîêàçàòåëåì ïðå-
ëîìëåíèÿ n=1,515, ïîêðûòóþ ñëîåì çîëîòà òîëùèíîé
50 íì è ïîäñëîåì õðîìà òîëùèíîé 3 íì äëÿ ëó÷øåé
àäãåçèè. Â õîäå ýêñïåðèìåíòà â êþâåòå, ãäå íàõîäèë-
ñÿ ÷èï, òðèæäû ïðîèçâîäèëè çàìåíó äèñòèëëèðîâàí-
íîé âîäû ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ n=1,33303 íà
îäíîïðîöåíòíûé ðàñòâîð ãëèöåðèíà â äèñòèëëèðîâàí-
íîé âîäå ñ n=1,33416. Ðåæèì èçìåðåíèé ñîîòâåòñòâî-
âàë ëåâîé âåòâè ÏÏÐ-êðèâîé. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3.
Ïîñêîëüêó ïðèáîð èìååò äâà îïòè÷åñêèõ êàíàëà �
îïîðíûé è ðàáî÷èé, ïî îñè îðäèíàò îòêëàäûâàëè ðàç-
íîñòü δ ìåæäó ïîêàçàíèÿìè àíàëîãîâî-öèôðîâîãî ïðå-
îáðàçîâàòåëÿ íà ýòèõ êàíàëàõ. Èç ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî
÷óâñòâèòåëüíîñòü ê èçìåíåíèþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîì-
ëåíèÿ èññëåäóåìîé ñðåäû ó ïðèáîðà ñ èñòî÷íèêîì
èçëó÷åíèÿ âîëí äëèíîé 820 íì â 2,4 ðàçà âûøå, ÷åì
ïðè λ=650 íì.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû íåïëîõî ñîãëàñóþòñÿ ñ ïðî-
âåäåííûìè ðàñ÷åòàìè. Íåñîâïàäåíèå ðàñ÷åòíîãî è ýê-
ñïåðèìåíòàëüíîãî êîýôôèöèåíòà óâåëè÷åíèÿ ÷óâñòâè-
òåëüíîñòè ñâÿçàíî ñ ðàçëè÷èåì ïîêàçàòåëåé ïðåëîì-
ëåíèÿ èììåðñèîííîé æèäêîñòè, ìàòåðèàëà ïðèçìû è
ñòåêëÿííîé ïîäëîæêè, êîòîðîå íå áûëî ó÷òåíî ïðè
òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ.
***
Ïåðåõîä ê áîëüøåé äëèíå âîëíû âîçáóæäàþùåãî
ÏÏÐ èçëó÷åíèÿ óâåëè÷èâàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè-
áîðà ê èçìåíåíèþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ äèýëåêò-
ðè÷åñêîé ñðåäû, ïîçâîëÿåò èçó÷àòü áîëåå òîëñòûå ñëîè
äèýëåêòðèêà íàä ïîâåðõíîñòüþ çîëîòîé ïëåíêè, ò. ê.
ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ çà-
òóõàþùåãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ â äèýëåêòðèê.
Êðîìå òîãî, èñïîëüçîâàíèå èçëó÷åíèÿ ñ áîëüøåé äëè-
íîé âîëíû ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ ìàòåðèàëàìè, èìåþ-
ùèìè ñèëüíîå ïîãëîùåíèå â âèäèìîé îáëàñòè ñïåê-
òðà è ïðîçðà÷íûìè â ÈÊ-îáëàñòè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Aguirre N. M., Perez L. M., Colin J. A., Buenrostro-Gonzalez E.
Development of a surface plasmon resonance n-dodecane vapor sensor
// Sensors.� 2007.� N 7(9).� P. 1954�1961.
2. Gouzya M.-F., Keb M., Kramer P. M. A SPR-based
immunosensor for the detection of isoproturon // Biosensors and
Bioelectronics.� 2009.� Vol. 24, N 6.� P. 1563�1568.
3. Xu H. and Kall M. Modeling the optical response of
nanoparticle-based surface plasmon resonance sensors // Sensors and
Actuators. B.� 2002.� Vol. 87, N 2.� P. 244�249.
4. Rella R., Siciliano P., Quaranta F. et al. Gas sensing mesurements
and analysis of the optical properties of poly[3-(butylthio)thiophene]
Langmuir-Blodgett films // Sensors and Actuators. B.� 2000.�
Vol. 68.� P. 203�209.
5. Okamoto T., Kamitama T., Yamaguchi I. All-optical spatial
light modulator with surface plasmon resonance // Optics Letters.�
1993.� Vol. 18 (18).� P. 1570�1572.
6. Knoll W. Optical characterization of organic thin films and
interfaces with evanescent waves // MRS Bulletin.� 1991.�
N. 16.� P. 29�39.
7. Dougherty G. A compact optoelectronic instrument with a
disposable sensor based on surface plasmon resonance // Meas. Sci.
Technol.� 1993.� N 4.� P. 697�699.
8. Hodnik V., Anderluh G. Toxin detection by surface plasmon
resonance // Sensors.� 2009.� Vol. 9, N 3.� P. 1339�1354.
9. Shinn-Fwu Wang. A small-displacement sensor using total
internal reflection theory and surface plasmon resonance technology
for heterodyne interferometry // Sensors.� 2009.� Vol. 9, N 4.�
P. 2498�2510.
10. www.isp.kiev.ua
11. Snopok B. A. , Kostyukevich K. V. , Rengevich O. V. et al. A
biosensor approach to probe the structure and function of the adsorbed
proteins: fibrinogen at the gold surface // Quantum Electronics and
Optoelectronics.� 1991.� Vol. 1, N 1.� P.121�134.
12. Àçààì Ð., Áàøàðà Á. Ýëëèïñîìåòðèÿ è ïîëÿðèçîâàííûé
ñâåò.� Ì.: «Ìèð», 1981.
Ðèñ. 3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå êèíåòè÷åñêèå êðèâûå (ðàç-
íîñòü ìåæäó ïîêàçàíèÿìè ïðèáîðà â îïîðíîì è ðàáî-
÷åì êàíàëàõ) ïðè èçìåíåíèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñðå-
äû ïðè âîçáóæäåíèè ðåçîíàíñà âîëíàìè ðàçíîé äëèíû
δ
400
300
200
100
0
�100
0 5000 10000 15000 20000 25000
Âðåìÿ, ñ
820 íì
650 íì
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È Ðîùèí Â. Ì., Ñèëèáèí Ì. Â. Òåõíîëîãèÿ ìàòåðèàëîâ ìèêðî-, îïòî- è íàíî-
ýëåêòðîíèêè. ×àñòü 2.� Ì.: Áèíîì. Ëàáîðàòîðèÿ çíàíèé, 2010 ã.� 184 ñ.
Ó÷åáíîå ïîñîáèå ïîñâÿùåíî òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ îñíîâíûõ êîìïî-
íåíòîâ ìèêðî-, îïòî- è íàíîýëåêòðîíèêè: ìåòàëëîâ, ëåãèðóþùèõ ýëå-
ìåíòîâ, äèýëåêòðè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, óãëåðîäíûõ ìàòåðèàëîâ, ìåòàë-
ëîîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé è âñïîìîãàòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ.
Äëÿ ñòóäåíòîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèþ "Ýëåêòðîíèêà è ìèêðî-
ýëåêòðîíèêà". Ïîëåçíî òàêæå ñïåöèàëèñòàì, ðàáîòàþùèì â ñîîòâåò-
ñòâóþùåé îáëàñòè.
|