新型光電生化感測器之分析與研究

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姓名

楊鴻仁(Hung-Jen Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

新型光電生化感測器之分析與研究
(Analysis and study on a New-type Electro-optical biosensor)

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摘要(中)

本論文提出一個『新型光電生化感測器之分析與研究』之研究，透過衰減全反射、表面電漿共振技術、共光程外差干涉術的原理來測量待測液體的折射率，並比較不同波長的入射光對靈敏度與解析度的影響。
本論文採用的感測器材質為BK-7的多邊形稜鏡（其折射率為1.51509），待測液體採用不同濃度的酒精。藉由電光調變器產生外差光源，我們將此外差光源入射到多邊形稜鏡中取得的s偏振光與p偏振光之強度與相位差值即可以得到待測液體之相關參數。
『結合表面電漿共振技術及外差干涉術之光電生化感測器』，此一感測器具有(1)高精確度、(2)高穩定性、(3)組裝與校正容易、(4)方便操作與控制、(5)成本低、(6)可即時量測等優點，並且用途相當廣泛。

摘要(英)

In this thesis, an Analysis and study on a New-type Electro-optical biosensor is proposed. The refractive index of the liquid can be used to measure the biosensor.
The biosensor is designed as the polygon prism that is made of BK-7 glass with the refractive index of 1.51509.We used different concentrations of alcohol as a sample. As a heterodyne optical source is launched into the biosensor, the intensity and phase difference between s-and p-polarizations can be obtained.
According to Fresnel’s equations and some numerical calculations, the related parameters of the test medium can be obtained.
The biosensor has some merits, e.g., a simple optical setup, easy operation, high measurement accuracy, high resolution, high sensitivity, and in real time, etc.

關鍵字(中)

★ 光電生化感測器
★ 表面電漿共振
★ 外差干涉技術

關鍵字(英)

★ Elector-Optical Biosensor
★ Surface Plasmon Resonance
★ Heterodyne Interferometry

論文目次

目錄
中文摘要 ………………………………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………………………………… ii
誌謝 ………………………………………………………………………… iii
目錄 ………………………………………………………………………… iv
圖目錄 ………………………………………………………………………… vi
表目錄 ………………………………………………………………………… viii
第一章緒論………………………………………………………………… 1
1-1 前言………………………………………………………………… 1
1-2 研究背景與文獻回顧…………………………………… 1
1-3 論文架構………………………………………………………… 3
1-4 研究動機………………………………………………………… 4
第二章光學基本原理………………………………………………… 5
2-1 前言…………………………………………………………………… 5
2-2 單色平面波的偏振………………………………………… 5
2-2-1 線性偏振光(Linear Polarization Light)………………………… 7
2-2-2 圓偏振光(Circular Polarization Light)………………………… 8
2-2-3 橢圓偏振光(Elliptical Polarization Light)……………… 9
2-2-4 偏振片軸向的定位…………………………………………… 10
2-2-5 電光調變器軸向的定位…………………………………… 11
2-3 外差干涉簡介…………………………………………………… 13
2-3-1 電光調變器………………………………………………………… 14
2-3-2 使用電光調變器EOM產生外差光源……………… 17
2-3-3 實驗架構……………………………………………………………… 19
2-4 表面電漿共振簡介……………………………………………… 22
2-4-1 單一介面雙層結構之色散關係式與反射率…………… 23
2-4-2 雙介面三層結構之色散關係式與反射率……………… 30
2-4-3 三介面四層結構之色散關係式與反射率……………… 33
2-4-4 實驗架構………………………………………………… 37
第三章實驗系統架構…………………………………………… 39
3-1 前言……………………………………………………… 39
3-2 多邊型稜鏡內的全反射次數…………………………… 39
3-3 相位之實驗系統架構…………………………………… 42
3-4 強度之實驗系統架構…………………………………… 44
第四章實驗結果與模擬………………………………………… 46
4-1 前言……………………………………………………… 46
4-2 數值分析與結果………………………………………… 46
4-2-1 酒精濃度與折射率對應之關係…………………………… 46
4-2-2 強度之SPR角(α1)選用方式…………………………………… 47
4-2-3 相位之SPR角(α2)選用方式……………………………………… 50
4-2-4 固定SPR角(α1)對於不同波長之光源待測液體
改變所產生之ATR強度變化量………………… 52
4-2-5 固定SPR角(α2)對於不同波長之光源待測液體
改變所產生之ATR相位變化量…………………………………………… 54
4-2-6 強度之靈敏度(Sensitivity)……………………………………… 56
4-2-7 強度之解析度(Resolution)………………………………………… 58
4-2-8 相位之靈敏度(Sensitivity)……………………………………… 59
4-2-9 相位之解析度(Resolution)………………………………………… 60
第五章未來發展與討論…………………………………………………… 62
5-1 前言………………………………………………………………………… 62
5-2 未來發展與討論…………………………………………………… 62
參考文獻 ………………………………………………………………………………… 64
附錄一中英文名詞對照表………………………………………………… 70

參考文獻

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指導教授

楊宗勳、王信福(Tsung-Hsun Yang Shinn-Fwu Wang)

審核日期

2014-8-11

推文