提出了一种基于反向表面等离子体共振原理, 由Ge20Ga5Sb10S65-钯-石墨烯分子-生物分子四层结构构成的新型生物传感器。 当生物分子之间发生相互作用时, 引起生物分子层折射率的变化, 从而导致反向表面等离子体共振角的偏移。 在此基础上, 根据传输矩阵法推导了传感器的输出光谱, 重点讨论了本文提出的传感器与传统传感器相比, 在灵敏度、 分辨率、 动态检测范围以及检测信号信噪比方面取得的进展。 另外, 通过对比研究, 深入分析了辅助介质层石墨烯厚度对传感器性能的影响。 最后, 利用近红外光作为提出的传感器的入射光, 分析了在近红外区域传感器性能的改善。 研究结果表明: 单层石墨烯分子使传感器性能达到最佳; 反向表面等离子共振峰强度约为入射光强的80%~90%, 使传感器的输出信号具有较大的信噪比; 在可见光区域, 当入射光波长为632.8 nm时, 提出的反向表面等离子共振生物传感器的分辨率是基于SiO2棱镜耦合反向表面等离子共振生物传感器的1.9倍, 是传统表面等离子共振生物传感器的3.5倍, 提出的传感器的动态检测范围约是现有传感器的2倍; 利用Ge20Ga5Sb10S65棱镜可使反向表面等离子共振生物传感器检测光波长由可见光区域扩展到近红外区域, 当入射光为1 000 nm时, 传感器的分辨率是可见光区域的3~4倍。 该研究对基于反向表面等离子体共振原理生物传感器的实现与发展具有重要意义。

研究二维ZnO随机散射粒子中2个对称的圆形区域间光波的耦合特性。利用时域有限差分法(FDTD)数值模拟了二维随机散射系统中2个对称圆形区域间的距离D 变化时的光场分布及模式频谱图，并对D 不同时的情况进行对比分析。分析出射激光的强度和中心波长与D的关系，得到D=0.8 μm时为最佳情况。此时，出射激光中心波长为380.57 nm ，强度为4.81×10⁴。通过观察理想情况下散射系统在仿真过程中的光场分布图表明，2个圆形区域之间的电场强度经过耦合得到放大，且随着圆形区域之间距离D 的增大，出射激光的强度增强，光谱线宽度减小，模式数量减少。

采用Kretschmann结构激发表面等离子体,利用多孔陶瓷材料SiO2作感湿材料,当外界环境的相对湿度变化时,引起感湿层SiO2的折射率发生相应变化,导致表面等离子体共振角发生偏移.采用有限元法对传感系统在不同感湿层折射率下的反射谱进行了模拟分析,并根据反射谱的共振半峰宽和共振峰深度对金膜的厚度进行优化.研究结果表明:金膜的最佳厚度为55 nm,反射谱的共振角偏移量与感湿层折射率变化呈线性关系,湿度检测的分辨率高达0.37%RΗ,灵敏度达到0.03°/% RH .该研究对基于表面等离子体共振原理的湿度传感器的研制与应用具有一定意义.

通过将金属金嵌入到上下两层波导结构中, 与ZnO随机粒子相结合, 设计出一种新型结构的随机激光器。采用时域有限差分法(FDTD), 数值模拟了该随机激光器系统的光场分布和模式频谱图, 并针对金粒子和金薄膜两种情况进行对比分析。结果显示, 采用金粒子作夹层时, 出射激光模式数量减少, 单色性较好; 采用金薄膜作夹层时, 出射激光光强较大。