表面电浆波(surface plasmon wave,SPW)是一种传.pdfVIP

摘要 表面電漿波（ surface plasmon wave ，SPW）是一種傳 播於具負介電係數的貴金屬與具正介電係數的物質之界面 的一種 2D 晶格振盪。傳統上，由之衍生的表面電漿共振 （Surface Plasmon Resonance ，SPR）感測器具有結構簡單， 對光學特性變化靈敏性高的優點，主要應用於微細結構、生 物、醫學、環境的各種參數檢測。然而，在實用上，目前的 表面電漿共振量測系統仍受限於少數可用的貴金屬，以及特 定的量測對象。本研究藉由特意變化系統的邊界或內部條件 進而產生新的表面電漿波色散關係，再以之探討新的應用與 可能性。 1 目錄 一、前言1 二、定理1 三、新表面電漿之色散關係3 四，結果與討論5 五、參考文獻5 2 一、 前言 1902 年，R. W. Wood在光柵繞射實驗中發現反射光有異常的現象；1909 年，由俄國人 SOMMERFELD 利用馬克斯威爾方程式(Maxwell＇s equations)導出表面電漿波SPW 的理論；在 1968 年，Andreas Otto，他發表了一種特殊的形式以激發表面電漿波，藉著改變稜鏡和金屬層 間的距離，來證實SPW的存在，而這種形式也是現在所稱的Otto 組態，1971 年，俄國人Erwin Kretschmann 用另一種形式激發表面電漿波，主要有三層：稜鏡、金屬膜及介電層，這種型態就 是現在在研究表面電漿波領域較常被使用的Kretschman-Raether 組態。上述兩種均稱為 ATR (Attenuated Total Reflection)結構，由SPW衍生的表面電漿共振 （Surface Plasmon Resonance， SPR）感測器具有結構簡單，對光學特性變化靈敏性高的優點，目前主要應用於微細結構、生物、 醫學、環境的各種參數檢測，由於表面電漿共振量測系統目前仍受限於少數可用的貴金屬，以及 特定的量測對象，本文將藉由特意變化系統的邊界及內部條件，並配合Maxwell＇s equations 產生新的表面電漿波色散關係，在進而探討相關的應用及可能性。 二、 原理 表面電漿波（surface plasmon wave ，SPW）是一種傳播於具負介電係數的貴金屬(金或銀 )與 具正介電係數的物質之界面的一種2D晶格振盪 ，當衰逝波（evanescent wave）與SPW的波向量相 互匹配時將形成表面電漿共振（surface plasmon resonance，SPR），目前主要以Kretschmann 組 態(KR組態)之稜鏡耦合方式（如圖一），此組態是直接將金或銀薄膜沉積於表面作為SPW激發層， 對於橫電波（TE wave）而言，根據邊界條件，TE wave 的電場在介面上必須保持連續，換言之 TE wave振動方式在介面上是不會產生感應電荷，缺少了感應電荷也就不可能激發表面電波，所 以都以橫磁波 （TM wave ）來激發SPW，以TM wave由稜鏡側向入射至底部表面，以內全反射 （total internal reflection）產生漸逝波來激發金屬與介電層之間的SPW，並可藉由光波激發之衰逝全反射 （attenuation total reflection，ATR）方法加以偵測。 v E TM wave z 稜鏡 金屬膜 介質層 x SPW 圖一、 Kretschma 組態激發表面電漿示意圖 由圖（二），假設空間被z=0 平面分為兩個半無窮空間，z 0為介電常數εm 之金屬，z 0為介電係數εd 之介質。表面電漿波的激發光束