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研究生:蘇震益
研究生(外文):Cheng-Yi Su
論文名稱:非旋轉式表面電漿儀之創新設計與製作
指導教授:蔡錫錚
指導教授(外文):Shyi-Jeng Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:表面電漿共振光學元件固定光學元件調整實驗圓柱透鏡
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表面電漿共振生物感測器,具有靈敏度高、反應速度快、無須標記且可大量平行篩檢等特點,為符合基因密碼解讀與病源體分子生物檢驗等研究的檢測方式之ㄧ。
過去產生表面電漿共振的方式多以精密的旋轉台為主,由於要產生微小角度的精確變動,所以容易造成精度及成本上的問題。故本研究提出以步進馬達的直線運動機構配合五角稜鏡來改變入射光位置,達到降低成本及提高精度的功能;利用圓柱透鏡聚焦的特性來改變入射光角度;設計圓柱透鏡及三稜鏡調整座來固定圓柱透鏡及三稜鏡,進而調整圓柱透鏡焦點位置達到降低偵測範圍設計的最佳點上;最後再配合完整的控制介面進行共振角量測,並將所量得的共振角值與金箔表面電漿共振角理論值進行比較。證實了此架構的可行性,達到降低成本、縮小體積又不失正確性的目的。且更近一步探討從理論值與量測值的偏移量,尋找可能造成的原因,包括零點位置誤差、步進馬達失步誤差及AD卡精度不足造成的誤差等。以期進一步改良量測結果,達到實際應用的階段。
目錄
摘要I
誌謝II
目錄III
表目錄 VI
圖目錄VII
第 1 章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與動機 1
1.3 論文架構 3
第 2 章 表面電漿共振理論 5
2.1 表面電漿波 5
2.2 表面電漿波激發方法 6
2.2.1 衰逝全反射耦合器的方法與原理 6
2.2.2 光柵耦合器的方法與原理 8
2.2.3 光波導耦合器的方法與原理 8
2.3 表面電漿波分析方法 9
2.3.1 共振角度分析方法 9
2.3.2 共振波長分析方法 10
2.3.3 共振相位分析方法 10
2.4 改變入射光角度 10
2.4.1 改變入射光角度方式 11
2.4.2 優缺點討論 13
第 3 章 光學元件之固定與調整 15
3.1 光學元件固定[14] 15
3.1.1 光學元件固定方式 16
3.2 光學元件調整[15] 20
3.2.1 線性調整機構原理 20
3.2.2 線性調整機構方式 21
3.2.3 傾斜調整機構原理 24
3.2.4 傾斜調整機構方式 24
第 4 章 實驗設計 27
4.1 實驗架構設計 27
4.2 入射光源模組 29
4.2.1 主要元件 29
4.3 五角稜鏡運動模組 29
4.3.1 主要元件 30
4.4 共振角量測模組 30
4.4.1 主要元件 31
4.4.2 降低偵測範圍設計 32
4.4.3 圓柱透鏡與三稜鏡調整座設計 36
4.5 控制介面設計 46
4.5.1 介面需求及規劃 46
4.5.2 控制介面流程圖 48
4.5.3 步進馬達歸零設計 48
4.5.4 步進馬達運動設計 54
4.5.5 操作程式流程 58
第 5 章 實驗結果與討論 60
5.1 實驗目標 60
5.2 實驗步驟 61
5.3 結果比較與討論 62
5.3.1 固定間隔角度控制方式之實驗結果 62
5.3.2 連續運動控制方式之實驗結果 66
5.3.3 討論 68
第 6 章 結論與未來展望 70
6.1 結論 70
6.2 未來展望 70
參考文獻 72
附錄 74
參考文獻
1李冠卿, “表面電漿振盪之性質、觀測方法與應用”, 科儀新知, 第七卷第四期, pp. 48-55, 1986
2 Kretschmann, E. and Raether, H., “Radiative Decay of Non Radiative Surface Plasmons Excited by Light”, Z. Naturforsch. 23a, pp.2135-2136, 1968
3Plenet, J. C., Brioude, A., Bernstein, E., Lequevre, F., Dumas, J. and Mugnier, J., “Densification of sol-gel TiO2 very thin films studied by SPR measurements”, Optical Material, Vol. 13, n.4, pp. 411-416, 2000
4王紘達, 表面電漿波共振—非旋轉方式的新機構設計理論, 國立中央大學機械工程系碩士論文, 2003.
5顏合駿,非旋轉式表面電漿共振儀之改良與實現,國立中央大學機械工程學系碩士論文,2004
6BIACORE Life Sciences, Biacore T100,
http://www.biacore.com/lifesciences/products/systems_overview/t100/
system_information/index.html
7TEXAS INSTRUMENTS, Spreeta Highlights,
http://www.ti.com/snc/products/sensors/spreeta.htm
8表面電漿共振影像系統, SPR PSI Imaging,
http://www.es.ncku.edu.tw/~sheanjen/AOL/frame.htm
9J.Homola, S.S.Yee and G.Gauglitz, “Surface plasmon resonance sensors:review”, Sensors and Actuators B, Vol. 54, pp.3-15, 1999.
10陳珏靜,光波導與表面電漿波整合微機電結構之光電化學感測器研究,逢甲大學自動控制工程學系碩士論文,2003
11David, N. and Jolyon P., “US 4,844,613”, United States Patent, 1987
12Melendez, Jose L., “EP 0 797 090 A2”, European Patent Application, 1997
13Dinesh C., “US 3,645,631”, United States Patent, 1970
14Yoder, Paul R., Opto-Mechanical Systems Design, Marcel Dekker, pp.155-206, 1993
15Anees Ahmad, Handbook of Optomechanical Engineering, CRC Press, pp.211-253,1997
16鄭文琳,撓性連桿機構於表面電漿共振檢測之應用與設計,國立中央大學機械工程系碩士論文,2005
17Chyou, J. J., Chen, S. J., Cheng, Y., Tsai, C. H., Tu, J. H. and Chen, K. H., “Enhanced Sensitivity of SPR-like Biosensors by Using Adaptive Noise Cancellation”, Sixth Conference of Biochemical Engineering, P. 307-310, 2001.
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