【摘 要】
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表面等离激元传感技术已被广泛应用于现代科学的各个领域,相对比于传统的光学传感技术,表面等离激元传感器具备无损害、高灵敏、连续检测等特性,是传感领域的研究热点。其中,表面增强拉曼散射（SERS）和表面等离激元共振（SPR）传感器是表面等离激元传感器的重要组成部分。SERS是一项强大的指纹光谱分析技术,利用局域表面等离激元共振所产生的电磁场增强,能够实现较低浓度物质的直接检测。SPR传感器利用金属膜表
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表面等离激元传感技术已被广泛应用于现代科学的各个领域,相对比于传统的光学传感技术,表面等离激元传感器具备无损害、高灵敏、连续检测等特性,是传感领域的研究热点。其中,表面增强拉曼散射（SERS）和表面等离激元共振（SPR）传感器是表面等离激元传感器的重要组成部分。SERS是一项强大的指纹光谱分析技术,利用局域表面等离激元共振所产生的电磁场增强,能够实现较低浓度物质的直接检测。SPR传感器利用金属膜表面倏逝波的波矢量与表面等离激元的波矢量耦合产生共振吸收峰,共振吸收峰的位置会随着外界折射率的变化而发生移动,从而实现对目标分子的间接检测。二维（2D）过渡金属硫化物（TMDCs）具有独特的光学和电学性能,在光学电子器件和纳米传感等诸多领域具有广阔的应用潜力。其中二硫化钼（MoS2）作为典型的过渡金属硫化物,具有带隙可调性（1.29 e V～1.9 e V）、高透光性、无悬空键等优异特性,成为了近年来低维功能材料领域研究的热点之一。本文基于SERS的直接分辨能力和SPR的间接分辨能力,结合MoS2优异特性,从理论和实验两个方面研究了MoS2间隔双金属复合结构的SERS-SPR传感器。本文主要研究工作有:（1）理论上,选择Au、MoS2和Ag作为激发材料,提出了基于Au/MoS2/Ag D-POF的传感结构。用COMSOL Multiphysics软件进行结构优化设计,利用菲涅耳公式模拟光在传感区域的传播,采用波长调制法模拟计算传感器灵敏度,通过SPR传感器灵敏度的对比,选择最佳的金属层厚度及MoS2层数作为研究对象。（2）实验上,选用手工抛制塑料光纤的D型区域（D-POF）作为基底。基于理论模拟的最佳参数,实验制作Au/MoS2/Ag D-POF双模式传感器。该传感器具有优异的SERS性能,成功检测了罗丹明6 G分子（R6G）,检测极限为10-9 M,相比于单纯的双金属传感器具有更低的检测极限和更高的稳定性。由于MoS2阻止了双金属层的直接接触,保留了金稳定性好、银分辨率高的优势,可有效解决目前双模式传感灵敏度不高、分辨率低、稳定性不好以及再现性差的问题。与其他类型SPR光纤传感器相比,该传感器表现出了优异的传感性能,在一定范围内的酒精溶液中灵敏度为2473.37 nm/RIU。其实验结果与COMSOL Multiphysics软件模拟的结果一致。为了验证所提出Au/MoS2/Ag D-POF双模式传感器的实用性,进一步将传感器用于检测溶液中的葡萄糖分子。传感器不仅实现了葡萄糖分子的SERS光谱定性检测,也实现了葡萄糖分子的SPR光谱定量分析,实验证实所制备的传感器具有很高的灵敏度和稳定性。
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