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摘要
生物气溶胶监测对于疾病防控、防化反恐、环境保护与资源调查等至关重要。本研究提出了一种基于高折射率梯度薄膜增敏的平板玻璃光波导表面散射传感方法，通过探测光波导散射光强度随时间的变化，分析生物气溶胶在光波导表面的颗粒沉降过程，进而获取生物气溶胶的浓度等信息。本研究通过理论推导得出光波导散射光强度与沉降粒子数之间的函数关系式，选用牛血清蛋白（BSA）水溶液作为生物气溶胶原液，采用五氧化二钽（Ta2O5）梯度薄膜增敏的离子交换平板玻璃单模光波导测试了BSA分子团聚体沉降引起的表面散射光变化，通过比对测试分析了Ta2O5梯度薄膜的增敏效果。实验结果表明，散射光强度随BSA分子团聚体沉降量的增加而增大，与BSA原液浓度呈良好线性关系，当单模玻璃光波导表面覆盖Ta2O5梯度薄膜后，其在横电基模（TE0）下对BSA分子团聚体沉降的探测灵敏度提高了50倍，并且采用TE0模测得的探测灵敏度比横磁基模（TM0）高4倍。本研究制备的Ta2O5梯度薄膜增敏的平板玻璃光波导结构简单、制作容易、稳定性好，基于此波导的表面散射传感方法操作简便、灵敏度高、探测成本低，在生物气溶胶实时探测方面具有重要的实际应用价值。
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单位传感技术国家重点实验室; 中国科学院大学
