表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)

1、表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)姚付強(qiáng) 46應(yīng)用物理學(xué)12（2）班實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解全反射中消逝波的概念。2. 觀察表面等離子體共振現(xiàn)象，研究共振角隨液體折射率的變化關(guān)系。3. 進(jìn)一步熟悉和了解分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)光線從光密介質(zhì)照射到光疏介質(zhì)，在入射角大于某個(gè)特定的角度（臨界角）時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。但在全反射條件下光的電場(chǎng)強(qiáng)度在界面處并不立即減小為零，而會(huì)滲入光疏介質(zhì)中產(chǎn)生消逝波。若光疏介質(zhì)很純凈，不存在對(duì)消逝波的吸收或散射，則全反射的光強(qiáng)并不會(huì)衰減。反之，若光疏介質(zhì)中存在能與消逝波產(chǎn)生作用的物質(zhì)時(shí)，全反射光的強(qiáng)度將會(huì)被衰減，這種現(xiàn)象稱為衰減全反射。如果在這兩種介質(zhì)界面之間存在幾十納米的金

2、屬薄膜，那么全反射時(shí)產(chǎn)生的消逝波的P偏振分量將會(huì)進(jìn)入金屬薄膜，與金屬薄膜中的自由電子相互作用，激發(fā)出沿金屬薄膜表面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體波。表面等離子體共振原理如圖所示。 對(duì)于某一特定入射角，消逝波平行于金屬(電介質(zhì))界面的分量與表面等離子體波的波矢（或頻率）完全相等，兩種電磁波模式會(huì)強(qiáng)烈地耦合，消逝波在金屬膜中透過(guò)并在金屬膜與待測(cè)物質(zhì)界面處發(fā)生等離子體共振，導(dǎo)致這部分入射光的能量被表面等離子體波吸收，能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，反射光強(qiáng)度顯著降低，這種現(xiàn)象被稱為表面等離子體波共振。當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，表面等離子體共振角與液體折射率的關(guān)系由以下公式表示其中 為共振角， 為棱鏡折射率， 為待測(cè)液體折射率， 為金屬介電常

3、數(shù)的實(shí)部。實(shí)驗(yàn)儀器 表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)儀器裝置如圖所示。主要由分光計(jì)、激勵(lì)光源、偏振片、硅光電池、光功率計(jì)、半圓柱棱鏡（內(nèi)充液體介質(zhì)）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 調(diào)整分光計(jì) 2. SPR傳感器中心調(diào)整 3. 測(cè)量某一液體的共振角數(shù)據(jù)處理最大光強(qiáng)為126光強(qiáng)126121115107979291838687888993相對(duì)光強(qiáng)1.00.960.910.850.770.730.720.660.680.690.700.710.74入射角（）636566.56869.57172.57373.57475.57778.5結(jié)果討論 由圖中曲線可知相對(duì)光強(qiáng)的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角為 ，因此共振角就是 ，再根據(jù)公式可以得出該液體的折射率。說(shuō)實(shí)話，我們不應(yīng)該就認(rèn)為圖中曲線相對(duì)光強(qiáng)的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角就是共振角，但是我們組所測(cè)得的數(shù)據(jù)比較少，而且畫出來(lái)的曲線也不好看，真實(shí)的曲線應(yīng)該是二次曲線的樣子， 這樣得到的液體折射率跟真實(shí)的液體折射率之間誤差就可能很大。從如圖所示的參考曲線中，我也可以大致得出液體的共振角在 之間，雖然與我們得到的共振角差距比較小，但誤差總會(huì)有。如果我們測(cè)得的數(shù)據(jù)更