表面等离激元共振技术具有无需标记、 灵敏度高、 实时检测等优点, 已广泛应用于生物医疗、 环境监测及食品安全等领域。 相对于传统贵金属材料表面等离激元共振传感器而言, 铝表面等离激元共振传感器具有价格低廉、 共振光谱带宽小等优点, 已逐渐成为了该领域的研究热点。 针对铝材料存在与生物分子兼容性差、 易氧化等缺点, 利用石墨烯化学稳定性好、 比表面积大、 抗氧化能力强、 生物兼容性好等独特优势, 将其作为与被测分子直接接触的传感层, 提出了一种石墨烯覆盖铝纳米光栅的表面等离激元共振传感器。 首先, 基于多物理场有限元仿真软件建立了该传感器的物理模型, 分别分析了石墨烯层数和铝光栅结构参数(占空比、 高度、 周期)对传感器共振光谱的影响。 结果表明, 石墨烯与铝光栅的复合有效增强了入射光波与传感器的相互作用, 采用单层石墨烯与铝光栅复合时, 共振峰具有最窄的光谱带宽。 当铝纳米光栅结构Λ=600 nm, H=40 nm, η=70%时, 光谱反射率为零。 进一步分析了结构优化后的传感器的传感特性。 结果表明, 单层石墨烯覆盖铝纳米光栅传感器具有最高的品质因数24.5 RIU-1, 其灵敏度高达626 nm·RIU-1。 该传感器具有探测精度高、 分子兼容性好等优点, 能为生化分析、 环境监测和食品安全等领域提供一个新的绿色传感平台。

提出了一种基于多孔硅的表面等离子共振传感模型: 棱镜-金属膜-多孔硅薄膜-待测介质。在该结构中, 多孔硅的折射率会随着样品浓度的变化而变化。利用有限元分析方法, 数值模拟得到该结构的共振光谱, 对模型进行了分析和参数优化。以乙二醇溶液为待测样本, 对提出的传感结构的传感性能进行分析, 得到该传感器对乙二醇的传感灵敏度约为267.85(°)/RIU, 约为Kretschmann棱镜结构灵敏度的2.13倍。

针对C3v和C4v对称构型金属纳米多颗粒-薄膜系统的Fano共振光谱低谷的产生机理，运用群论的方法给出了详细的推导。在前期研究成果的基础上，分析证实了当线偏振光电场沿多颗粒所在平面入射时，Cnv对称构型多颗粒-薄膜系统共有4个满足相同不可约表示的E模式：在多颗粒所在平面内只有3个局域表面等离激元电偶极矩共振对称模式，其中2个模式位于外围环形多颗粒中，中心颗粒单独具有1个模式，这与Dnh对称构型多颗粒系统的电偶极矩分布完全相同；另外1个模式虽满足对称性相同的要求，但其电偶极矩的方向垂直于多颗粒所在的平面。Cnv点群和Dnh点群虽然具有相同的光谱线型，但是薄膜基底的存在会使光谱谷(峰)产生一定的红移或蓝移，这就为设计金属纳米多颗粒-薄膜系统的光学性质及其广泛应用提供了一定的参考。

为了提高表面等离子共振系统的分辨率,提出了一种五层结构的表面等离子共振效应的激励模型：棱镜基底-银膜-电介质层1-电介质层2-待测介质.采用薄膜光学和波导理论,讨论了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用.借助有限元分析方法,数值模拟得到双电介质表面等离子共振激励模型的共振光谱.分析结果表明,当待测介质折射率相同时,双电介质表面等离子共振激励模型共振光谱的半峰宽约为传统棱镜表面等离子体共振的0.1倍,理论计算得到双电介质表面等离子共振激励模型的系统分辨率相较于传统棱镜表面提高了5.4倍.以乙二醇溶液为待测样本,分析得到传感器的灵敏度约为7.2°/RIU,品质因数约为465,证明了该结构设计的可行性,为设计高分辨率和高品质因数的传感系统提供了理论参考.

本文介绍分别采用双共振光抽运(DROP)和光学双共振(OODR)光谱技术获得铷原子激发态5P3/2 - 4D3/2 (4D5/2)之间的超精细跃迁光谱。与传统的OODR光谱相比，DROP光谱在信噪比、线宽等方面具有明显的优势。当1 529 nm光栅外腔半导体激光器的频率采用DROP光谱锁定于87Rb原子的5P3/2 (F′=3) - 4D3/2 (F″=3)超精细跃迁线时，300 s内典型的残余频率起伏为～0.65 MHz;明显优于采用OODR光谱锁频的结果(300 s内典型的残余频率起伏为～1.8 MHz)。

剖析了双层亚波长光栅微结构的设计及制作原理, 提出了一种亚波长微结构设计与制作的新方法, 其特点是以矩形亚波长光栅设计微结构, 用全息干涉光刻及涂布的方法制作, 却不影响设计微结构的共振及光变特性, 还能改善反射光的颜色质量。 用该方法设计及制作了具有“红绿”共振互补光变效果的亚波长防伪微结构, 检验了其共振光变光谱与颜色变化特征。 研究表明： 制作的全息光栅微结构的共振及光变特征如共振光谱、 颜色、 光谱峰及峰分裂等与预先设计的相同； 矩形亚波长光栅并不是共振的必要条件, 其他面形光栅微结构的衍射特性和等效波导若与矩形光栅微结构的相同, 则其相关特性相同； 用新方法设计及制作亚波长光变微结构的工艺是可行的, 既降低了设计微结构的加工难度, 又便于用现有的全息生产设备批量生产

针对光纤表面等离子体波传感器，对小波阈值去噪的方法在测定表面等离子体波光谱中的应用进行了理论研究。首先将高斯白噪声加入理论SPR光谱，利用Daubechies9和Symlet7、11、14、15等五种小波分别对其进行去噪。将去噪后的共振峰强度和共振波长与理论值相比较，可知Symlet11小波用于SPR光谱的去噪性能较好。搭建光纤SPR传感器实验系统，利用Symlet11小波对在五个不同时刻测得的SPR反射光谱进行去噪，去噪后的共振波长和共振强度的标准偏差分别为0．4039nm和0．2231%，通过对比证明小波阈值去噪方法能较好地修正由于噪声所产生的共振波长漂移，使得光纤SPR传感器满足实际运用的需要。