随着社会的发展，人类对疾病标志物、食品有害因子、环境污染物等的高灵敏和高特异性检测需求不断增长。基于表面等离子体共振（SPR）的传感器作为一种无标记、灵敏度高、可用于实时检测的生物传感器，在检测各类生物化学分子方面展现出了巨大的应用潜力。本文总结了近年来常用或正在快速发展的5种SPR传感器调制方式，在每种调制方式研究现状的基础上，根据近年来增强SPR传感器的研究，从纳米材料敏化和传感器结构优化两个方面总结讨论了增强传感信号的方法，以克服传统SPR传感器灵敏度较低且难以检测低浓度、低相对分子质量物质的缺点。

超表面在光偏振调控方面具有卓越的能力，利用超表面结构的偏振控制实现信息编码与加密成为一种新兴的光学编码技术。本文旨在介绍超表面偏振光学及其在信息加密领域的最新进展。首先介绍对光束偏振态进行整体调控的各类超表面偏振光学元件，包括超表面波片、偏振器和偏振分束器，强调了超表面在偏振操控方面的卓越性能；接着深入介绍基于不同微型超表面偏振光学元件进行的像素化偏振信息编码，包括对近场偏振态空间分布进行逐点编码的马吕斯超表面，以及对远场偏振态进行空间编码的偏振全息和矢量全息超表面；然后阐述近场与远场像素化偏振空间编码超表面在信息隐藏与加密领域的应用示范；最后进行简要总结，并展望超表面偏振信息编码技术的未来发展趋势与应用潜力。

随着大数据时代的到来，空间光通信已被广泛应用于各种通信系统中，但随之而来的是容量瓶颈的挑战。基于光场频率、时间、偏振、横向空间模式等维度调控的信息编解码方法在解决容量问题方面展现了优异性能，但光场的纵向维度却未被应用于信息编解码。针对此问题，本文提出了一种基于电介质超表面的光场纵向维度信息编解码新方法，基于四原子结构的几何相位和传输相位联合调控，实现了透射场自旋相关的复振幅调控。同时，利用光学冻结波原理产生了轨道角动量模式叠加态的纵向可控变化，并验证了光场模态的纵向调控能够以指数级提升信道中的模态容量。纵向维度作为一个全新的编码自由度，有望进一步提高自由空间光通信性能。

超表面是一种具有灵活的偏振操纵功能的新型材料。为了获得远场偏振全息图像，通常需要添加透镜等光学元件。笔者利用超表面波带片的灵活偏振操纵及聚焦功能实现了一种新颖的远场偏振全息加密技术。在该技术中，两个自旋复用的超表面波带片被集成到单个介质超表面器件中，其中超表面的振幅（右旋圆偏振转化率）用来编码奇数和偶数环形区域的波带片，而其相位调制则用来编码透射右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的两个全息图。此外，二维码（QR码）和振幅型/相位型全息图用于进一步隐藏加密信息，以提高信息的安全性。所提加密技术有望进一步提升数据安全性和隐私保护水平，推动光学信息加密和高密度数据存储等领域的技术发展。

设计了一种可由空间编码结构光控制的多功能太赫兹超表面单元，该单元由嵌有光敏半导体材料的金属裂环-二氧化硅介质层-金属底板组成。超表面单元通过结构光源的编码控制光改变单元顶层金属裂环内嵌光敏半导体的电导率来模拟不同形状的C形环，实现了具有2 bit相位编码的光控超表面单元设计。将超表面单元组成阵列，通过编码结构光的空间分布进一步实现了角度可控的异常反射，并获得不同阶数的涡旋波束。所提出的基于空间编码结构光源的新型太赫兹超表面光控方式解决了现有光控超表面功能单一、加工难度大等问题，为光控可编程太赫兹超表面技术发展提供了新的思路。

等离激元纳米孔将等离激元天线与固体纳米孔结合，可限制待测物路径，并将入射光能聚集至路径中产生热点，从而增强场与待测物质的相互作用，在纳米尺度范围内实现高灵敏度检测，近年来已被广泛应用于单分子检测研究。本文概述了几种典型等离激元纳米孔结构及其场增强效果；分析讨论了4种目前常用的基于等离激元纳米孔的高灵敏度检测技术及其特点，包括荧光检测、表面拉曼增强光谱、表面等离激元共振位移传感以及光电结合方法；综述了等离激元纳米孔在脱氧核糖核酸（DNA）、蛋白质、肽等单分子光学检测方面的应用进展及典型成果；讨论和展望了等离激元纳米孔的未来研究趋势以及面临的机遇和挑战。

报道了一种利用混合抗蚀剂的一步电子束曝光制备表面增强拉曼散射（SERS）基底的新方法。基于氢倍半硅氧烷（HSQ）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）电子束抗蚀剂的混合产生相分离形成纳米球体的现象，并利用合适剂量（2000 μC/cm²）电子束曝光、固化纳米球，经显影去除多余残胶后再使用电子束蒸发沉积Au薄膜，得到纳米球型SERS基底。纳米球尺寸分布均匀，相对标准偏差为7.56%，表面粗糙Au层及球之间的间隙能够提供丰富SERS“热点”，从而使其表现出良好的拉曼增强效应。该SERS基底对多种目标物均能表现出良好的检测性能。对4-巯基苯硼酸（4-MPBA）检测的SERS增强因子为5.8×10⁶，检测限为1.06×10^-8 mol/L。对罗丹明6G（R6G）和三聚氰胺的检测限分别达到7.08×10^-9 mol/L和7.94×10^-10 mol/L。三聚氰胺的检测范围为1.0×10^-9~1.0×10^-5 mol/L，跨度达4个数量级，并呈现良好线性关系（R²=0.952），检测优势十分显著。这种利用不同性质抗蚀剂在纳米尺度独特的分离现象制备纳米球的方法简单、重复性好，对发展新型纳米结构高性能SERS基底及其制备方法具有重要意义。

报道了一种在铜片上采用原位生长法制备Cu₂O-Ag表面增强拉曼光谱(SERS)基底的方法。通过优化制备Cu₂O时退火的温度和时间,以及制备Cu₂O-Ag时AgNO₃的浓度和反应时间,制备了Cu₂O-Ag基底,具有良好的拉曼增强效果。基底表面形成的凹形空间和均匀密布的Ag 纳米粒子提供了丰富的SERS“热点”,且该基底具有较好的疏水性、均匀性、稳定性和灵敏度,对探针分子罗丹明6G的检测限为0.78 nM。该基底对多种违禁药物都有很好的灵敏度,拉曼强度与药物浓度具有良好的定量关系,孔雀石绿、恩诺沙星和呋喃西林的检测限分别为4.9 nM、0.72 μM和0.12 μM。本文方法具有工艺简单、成本低、SERS活性高等优点,在环境监测领域具有较好的应用前景。

基于表面等离子体极化激元的传输特性和周期性光子晶体的光学特性,提出了一种在亚波长介质光栅-金属Ag薄膜结构中产生离散态,在周期性光子晶体结构中产生连续态的亚波长介质光栅-金属Ag薄膜-周期性光子晶体混合结构。通过对该结构进行理论分析和传输特性研究,阐述了该结构中Fano共振产生的机理,建立了基于角度调制的Fano共振传感结构模型,并定量分析了结构参数对反射光谱曲线的影响。结果表明:当周期性光子晶体周期层数N=4、光栅周期Λ=258 nm和金属Ag薄膜厚度d0=27 nm时,该结构的品质因数FOM值高达2.11×10 4,角灵敏度S=40 (°)/RIU。该结构为亚波长介质光栅结构中实现Fano共振提供了有效的理论参考,对光学折射率传感结构的设计具有一定的指导意义。

基于贵金属纳米颗粒阵列的多重表面晶格共振能够在多个波段同时抑制体系的辐射损耗,提高共振品质因子,增大局域场强。提出一种采用贵金属劈裂纳米环阵列产生多重表面晶格共振的方法。由于劈裂纳米环磁偶极共振的等效偶极矩垂直于纸面,能够同时向平面的x和y方向散射电磁波,这使得磁偶极共振与两个正交方向上的瑞利异常产生耦合成为可能。计算结果表明,在劈裂纳米环构成的阵列结构中,磁偶极共振能够与两个周期方向上瑞利异常形成耦合,从而产生表面晶格共振。当阵列周期不同时,能够同时激起两个表面晶格共振;利用劈裂纳米环的电四极共振也可得到类似的光学响应。这些特性使得贵金属劈裂纳米环阵列在微纳光子器件的设计方面将具有重要的应用价值。