量子电子学报

作者：刘琨,熊艺扬,井建迎,朱枫彤,肖璐,战晓寒,刘津畅,江俊峰,徐天华,王双,刘铁根,

单位：1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072;2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072;3 天津大学光纤传感研究所, 天津 300072;4 英国华威大学工程学院, 英国 考文垂 CV4 7AL

关键词：表面等离激元共振,灵敏度优化,金属纳米光栅,D型光纤,

基金：国家自然科学基金面上项目 (62375202), 天津市公共卫生科技重大专项 (24ZXGZSY00110)

超材料因其独特的亚波长结构设计和独特的电磁响应特性, 在提升表面等离激元共振 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 传感器灵敏度方面具有广阔前景。本文设计了一款金属纳米光栅结构修饰的D型光纤SPR超材料传感器, 并对折射率范围在1.332~1.344的低折射率溶液进行了传感检测。首先, 基于倏逝波和表面等离极化激元 (Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 的光波矢特性, 对D型光纤SPR传感器进行了理论分析, 绘制得到不同折射率下共振波长随入射角度变化的解析解曲线, 以便研究光纤中不同传导模式下的SPR激发条件。进而建立了D型光纤SPR超材料传感器二维有限元仿真模型进行模式分析研究, 计算了模式损耗和传感器的灵敏度。最后, 基于前述的仿真模型, 具体构建了分别为以不同间隔的双条带或者单条带为金属光栅单元的传感器, 以及使用银/铜替代金, 作为金属连续层和金属光栅材料时的传感器, 对比探究了这些传感器的灵敏度性能。研究结果表明, 改变双条带光栅单元的条带间隔, 对灵敏度的影响并不显著, 与光栅单元为单条带的传感器灵敏度几乎一致; 使用银替代金作为连续金属层材料时, 传感器的灵敏度性能达到最优, 可达1800 nm⋅RIU−1。

来源：2026年第1期

《量子电子学报》期刊编辑部

查看量子电子学报杂志2026年第1期