基于棱镜耦合的波长调制表面等离激元共振(SPR)传感器只能在长波段获得较高检测灵敏度,无法兼顾检测范围与检测灵敏度。研究了一种基于物镜耦合激发表面等离激元的波长-角度共同调制的SPR传感装置,使用物镜耦合使角度易于调节,这提高了SPR传感器在短波处的检测灵敏度,从而在较大检测范围内实现了高灵敏度折射率测量。通过理论仿真与实验,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法对不同浓度的葡萄糖溶液的折射率进行测量,动态检测范围为4.4×10 ^-2 RIU,检测灵敏度达到5066.97 nm/RIU。相较于波长调制SPR传感方法,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法在检测范围不变的情况下,检测灵敏度提高了2.5倍。该检测方法实现了对折射率高灵敏度、高动态检测范围的快速检测,可广泛应用在生物医学及食品安全等领域。

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。

根据严格耦合波理论和等效介质理论, 研究了工作于1 300～1 400 nm波段的基于硅基GaN(氮化镓)亚波长光栅的导模共振滤波器。分别讨论了在强调制光栅和弱调制光栅作用下, 滤波器反射谱对光栅周期和入射角度的敏感性。利用其对入射角度的敏感性, 结合仿真分析设计了一种利用微机电系统静电梳齿驱动器改变光栅角度从而控制不同的共振波长输出的角度可调谐硅基GaN导模共振滤波器。仿真分析结果表明, 在强调制情况下, 角度可调谐范围为0.5～5.7°, 波长可调谐范围为1 319～1 352 nm, FWHM(半高全宽)＜2.2 nm。

表面等离子体的定向激发在光通信、生物传感、集成电路、纳米刻蚀等领域具有重要应用。提出了一种L型非对称单缝的表面等离子体定向激发结构。无须改变缝隙的结构参数，通过调节入射光的入射角度即可实现表面等离子体的单向和双向激发，起到全光开关调制的作用。详细阐述了L型缝隙的加工制作流程，利用COMSOL Multiphysics仿真软件对缝隙结构进行模拟仿真。仿真结果表明，非对称单缝结构可实现消光比在-16 dB~15 dB范围内连续可调的表面等离子体定向激发。该结构体积小，便于操控，易于加工，对微纳等离子体光学器件的研究具有指导意义。