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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
作为束缚在特定界面的电磁波传播方式，光表面波在传播特性等方面与传统的空间光束有着很大的不同。由于其在界面附近的显著的场增强等效应，光表面波具有对表面附近物质的光学特性非常敏感的特点。随着生物科学、信息科学、表面化学和微纳加工技术等的发展，以表面等离子体共振传感技术为代表的表面波光学检测技术作为新型免标记、实时、高灵敏度检测技术在过去几十年间得到了飞速发展。其在生物分子动力学研究、药物开发、疾病诊断、环境监测、食品安全等领域的应用需求也日益显著。相关传感技术的研究目前已经涵盖了从光表面波物理效应、光学检测方法、生物光学芯片、化学表面处理到生物分子作用分析等不同方面和层次的众多的多学科交叉研究方向。本论文围绕表面波的光学效应以及基于光表面波的高精度传感等方面的应用进行了大量理论和实验研究。主要围绕表面等离子体共振传感系统技术、表面等离子体共振与布洛赫表面波的增强古斯汉欣效应及其传感等应用进行了研究，取得了一定研究成果。论文主要分以下几个部分：1、在高时间分辨率和高灵敏度的表面等离子体共振光学检测方法方面，本文研究了两种新型方法并分别进行了实验验证：基于超短光脉冲技术和光脉冲信号变换方法，研究了通过对宽谱超短光脉冲的线性啁啾实现将其频域信息映射到时域的效果，从而通过快速时域波形检测实现对表面等离子体共振频域响应的高速测量，可将检测速度提高到MHz量级；基于频域干涉分析方法和表面等离子体共振的偏振依赖性特点，提出了一种共线的频域干涉表面等离子体共振相位测量方法和装置，首次实现了对表面等离子体共振效应的频域相位响应的较高精度测量。2、在新型表面等离子体共振器件及其应用方面，本文对新型多层金属/介质/金属结构的表面等离子体共振器件中的光学模式特性进行了深入分析，根据其可能存在两个具有不同模式特性的波导耦合表面等离子体共振模式的特点，利用其传感特性的差异建立线性化模型，以分别求解传感表面和背景层的折射率变化，从而提出了一种利用该类型传感器件实现的消除背景干扰的自参考传感检测方法，并针对系统累计误差对结构进行了优化分析。3、在表面等离子体共振相关的物理光学效应方面，本文对与传输距离相关的古斯汉欣光学效应进行了较深入的研究，在理论上采用标量衍射理论等推导了近场和远场下的反射光束场分布，通过数值仿真计算，发现在古斯汉欣效应较强的情况下反射光束在近场情况下会产生强烈且随着传输距离迅速变化的光束失真现象；同时，在搭建的聚焦光表面等离子体共振传感系统中，还通过实验对光束失真和相应的古斯汉欣位移进行了精密的测量，测得的实验结果不仅证实了这一效应也与上述理论分析结果吻合较好。4、在基于多层介质膜结构的古斯汉欣效应方面，本文对全反射条件下有缺陷的一维光子晶体结构中的光学模式和对应的古斯汉欣效应进行了理论和实验研究，通过调节与该一维光子晶体结构末端相邻的包覆层材料的折射率，实现了分别激发导波模式和表面波模式，并在这两种模式下分别观测到了巨大的增强古斯汉欣效应，在导波模式下获得了百微米量级的古斯汉欣位移，而当布洛赫表面波被激发时，古斯汉欣位移达到了亚毫米量级。5、基于上述在一维光子晶体结构中的，特别是布洛赫表面波引起的，巨大古斯汉欣位移，本文对其可能的光开关、传感、集成波导等多种应用进行了理论和实验研究。本文利用布洛赫表面波对界面材料特性敏感的特性，实验演示了一种基于超大古斯汉欣位移的光开关装置；实验验证了高灵敏度的布洛赫表面波增强的古斯汉欣位移传感检测方法；还对一维光子晶体基底的布洛赫表面激元光波导结构及其模式特性进行了理论研究。 |
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发表于 2022-5-3 20:12:51
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