1. 研究目的与意义
一、研究背景
表面等离激元由于其异常的光学特性在高灵敏度传感领域有着广泛的应用前景。然而，传统棱镜式表面等离激元传感器由于庞大的体积和昂贵的成本限制了其进一步发展。表面等离激元金属纳米阵列结构传感器的出现为实现低成本、小型化和集成化的表面等离激元传感器提供了一条有效的解决途径。
传感器在日常生活中被广泛使用，其用途从监视气体浓度到识别人脸。传感器还广泛用于各种工业过程中，以检测和监视各种过程。纳米传感器的工作方式与传统传感器相同，但是区别在于纳米传感器使用纳米材料作为其有源传感元件。贵金属(Au，Ag等)纳米粒子，由于其独特的局域表面等离子体共振(LSPR)性质，在吸收光谱中呈现为SPR吸收峰，该吸收峰位置会随着贵金属纳米粒子的成分、形状和局部介电环境变化而移动，使得其能够作为LSPR传感器应用于生化传感领域。在大多数LSPR传感器中，为了增强探针分子与贵金属纳米粒子之间的相互作用，需要复杂的后修饰过程，从而引起SPR峰的偏移。另外，这样的SPR峰值偏移仍然相对较小，导致灵敏度相对较低。对于二维周期性贵金属纳米球阵列，其吸收光谱呈现出两个峰，除了金属纳米粒子本征的SPR峰外，由于贵金属纳米球的周期性排列，光谱中还出现衍射峰。二维周期性阵列的衍射峰对周围环境的折射率很敏感，因此，借助于衍射峰的这一特性，周期性贵金属纳米球阵列可作为一种新型传感器。
2. 研究内容与预期目标
一、主要研究内容：
表面等离激元纳米阵列传感器的性能主要由折射率灵敏度、表面灵敏度、品质因数和检测极限等因素所决定，然而这些性能的提高又与纳米结构的尺寸、形貌和材料参数等息息相关。因此，弄清楚纳米结构的形貌和尺寸对电磁场模式之间的耦合作用的影响成为传感器设计的主要内容。为了提高传感器的性能和实现传感器件小型化和集成化，人们基于表面等离激元纳米阵列结构做了大量的研究。近年来大量文献对各种周期性亚波长孔阵列结构，包括圆形、矩形、三角形及复合孔进行广泛深入地探讨。研究其纳米结构的EOT 特性，验证等离子体滤波器、传感器 和波导等的局域表面等离激元( localized surface plas-monic polaritons，LSPPs) 和 SPPs 共振耦合作用。研究还发现电介质折射率的极小变化会对 EOT 透射峰的位移产生敏锐影响，利用这一现象可以制作一种新型的折射率传感器。采用 Lumerical 公司商业软件 FDTD Solutions 对该圆环-矩形复合孔阵列结构进行数值模拟仿真。
3. 研究方法与步骤
一、 拟采用的研究方法
(1)设计一种圆环-矩形金属纳米复合孔阵列折射率传感器．采用时域有限差分法进行数值计算，讨论复合结构的周期、旋转角度、圆环内径以及矩形长和宽等参数对光透射特性的影响，并分析复合纳米孔狭缝宽度对灵敏度的影响．
(2) 平端面金属纳米孔阵列结构光纤传感器, 平端面金属纳米孔阵列结构光纤传感器透射谱中信号峰的移动与周围环境折射率的变化成线性关系，传感器的最高灵敏度达到 594.45nm/RIU，品质因数（figure of merit, FOM）值达到 33.12.
4. 参考文献
[1]杨宏艳，纳米金属复合孔阵列强透射折射率传感器研究[A].深圳大学学报理工版，2019.7
[2]李志远，李家方． 金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用［J］． 科学通报，2011，56 (32) : 2631-2661．
[3]李涵阳. 基于金属纳米孔阵列结构光纤传感器设计及特性研究[D]. 2018.哈尔滨工业大学.
5. 工作计划
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