环境温度的变化对表面等离子体共振(SPR)检测系统产生的热效应会影响共振条件和相关输出量。建立液体棱镜SPR检测系统,对系统中各介质层的热性能进行详细分析。基于介质层的折射率与温度关系的理论模型,数值模拟了环境温度变化对各介质层共振曲线和共振角的影响。模拟结果表明去离子水的热致折射率变化比玻璃基底和金属薄膜高1~2个数量级。实验上,采用自主搭建的共振检测系统研究共振角偏移和水的折射率变化对外界温度改变的依赖关系。结果表明当外界环境温度变化范围为29 K时,共振角偏移量是0.216°,水的折射率变化达到4.02×10 ^-3,并推导出水的折射率与温度之间关系的表达式。实验结果和理论计算基本一致,为进一步提高检测系统的灵敏度奠定了基础。

提出了一种基于介质和石墨烯涂层的结构来进行古斯-汉欣位移调控, 利用传输矩阵法研究了该结构参数对共振角及共振角处反射光的古斯-汉欣位移的影响。数值模拟结果表明, 共振角随介质层厚度的增加逐渐增大, 而随石墨烯费米能级的增加逐渐减小; 古斯-汉欣位移大小随介质层厚度的增加先增加后减小, 而随石墨烯费米能级的增加单调减小。介质层厚度对共振角的影响较为显著, 而石墨烯费米能级对古斯-汉欣位移的影响较为显著。

基于对称金属包覆波导，研究了温度对金属层介电常量及导波层折射率的影响.通过改变金属介电常量和导波层折射率，共振角和衰减全反射吸收峰受到影响.理论和仿真表明：在入射光波长为760 nm，覆盖层银膜厚度为35 nm，衬底银膜厚度为300 nm，导波层为纯水的条件下，温度由10℃升高到70℃时，衰减全反射吸收峰反射率随温度的升高而降低，吸收率提高；共振角随温度的升高，先增加后减小.当金属介电常量对整体的影响大于纯水时，共振角增加，反之，共振角减小.因此，对称金属包覆波导受温度的影响是不可忽略的.

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件，通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数)，理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响，发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底，都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。

本实验利用实验室搭建的SPR-SERS显微拉曼光谱仪同时检测了吸附在40 nm银膜上的4-aminothiophenol(4-ATP)自组装膜的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,简称SPR)消光谱及表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,简称SERS)光谱,研究了两者之间的相关性。实验发现随着SPR吸收的增强,SERS强度也急剧增强,在SPR共振角附近SERS强度是远离共振角处的20多倍。因此在共振角附近能够极大的提高SERS的检测灵敏度并扩展SERS的应用。

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性，采用更为严密的薄膜光学理论，通过薄膜膜系的特征矩阵，得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明，表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别；采用等高线图，给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明，薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好，证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后，采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计，结果表明，两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大，必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量，来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.

为了研究CuO的不同掺杂浓度对表面等离子共振角的影响，提出一种新型的棱镜耦合法Ag－SnO₂(掺杂CuO)复合膜表面等离子共振光学传感器结构。采用射频反应溅射法在清洗处理后的金红石棱镜上依次制备Ag膜(50nm)，SnO₂膜(50nm)，CuO和SnO₂膜(50nm)4层膜结构，CuO的厚度依其不同的掺杂体积分数的不同而不同，经过退火实现SnO₂薄膜的掺杂得到复合膜。以He－Ne激光632．8nm为入射激励光源，通过采用表面等离子共振实验方法，CuO的掺杂体积分数分别为0，0．01和0．05时，得到共振角分别为59．61°，60．52°和61．3°的结果。结果表明，CuO掺杂的体积分数越大，表面等离子共振的共振角越大。

根据表面等离子体共振的原理,建立了可用于长期、实时、不间断检测的水质分析系统.为了提高系统的稳定性,对表面等离子体共振传感芯片进行了改进,利用LB法在传感芯片的金属膜表面镀制了聚苯乙烯(PS)层.利用改进前后的表面等离子体共振传感芯片分别对两种样品进行了稳定性实验研究.分析经过长时间检测前后所测得的实验数据,发现改进后的水质分析系统所测得的溶液表面等离子体共振共振角的变化为改进前系统的1/10,最小反射率改变为改进前的1/30.实验证明,经过改进的水质分析系统能更适用于长期不间断的检测分析.

对表面等离子体波共振现象产生的原理和激发条件进行了阐述.从电磁场理论和粒子振动的角度,分析了棱镜型表面等离子体波传感器产生共振的角度和待测液体折射率、介电常数的关系.通过自行设计的一套棱镜型表面离子体波传感器测试系统,测定了从0%～70%的不同浓度甘油水溶液折射率与共振角度的关系,得到的实验结果具有较好的重复性并和理论分析相吻合.由此可以得到一种基于SPR现象的液体折射率测量方法.