基于表面等离子体共振传感器的数值模拟＊

张焕德 黄 澎 郭 斌

（武汉理工大学理学院 武汉 430070）

0 引 言

表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）是一种物理光学现象，利用对金属与介质分界面上的折射率的微小变化的高灵敏度，来测量引起折射率变化的被测物质的浓度，厚度等相关参数.在入射角或波长为某一适当值的条件下，表面等离子体子与消失波的频率和波数相等，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰（即反射强度最低值）.当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时，共振峰位置将不同.1902年，Wood［1］在光学实验中首次发现了表面等离子共振现象，并且在光学实验中得到了验证.在此之后，Sommerfel从麦克斯韦的电磁理论出发，引入复介电常数的概念，并得到了表面附近局域电磁波的波动解，同时指出了表面等离子体波是一种在表面和界面上传播的横磁波.1941年，Fano［2］根据金属和空气接触面上电磁波的激发解释了这一现象.20世纪60年代末，Otto［3］提出了在特定条件下使得入射光的频率与表面等离子体波的频率相同时产生共振，即表面等离子体共振效应，并据此设计了Otto模型；而Kretschmann［4］利用与Otto相同的原理用衰减全反射方法激发表面等离子体的方法设计另外一种模型，即Kretschmann模型，之后引起广泛关注，并为SPR传感器的发展奠定了基础，为以后表面等离子体共振传感器的产生与应用提供了广阔的前景.随着科学和技术的进步，SPR传感器的应用已逐渐渗透到化学化工，材料，食品……