布洛赫表面波技术：光学传感新突破与应用

"布洛赫表面波(BSW)技术是一种基于全介质结构的光学传感技术，具有低损耗、大相位变化和高设计灵活性。它在生物传感、气体传感和荧光检测等领域有着免标记的应用潜力。本文主要讨论了BSW技术的基本原理、传感器设计、检测系统和方法，并概述了国内外的研究进展。" 布洛赫表面波效应及其传感应用是当前光学传感领域的一个热点。布洛赫表面波(Bloch Surface Wave, BSW)源于固态物理中的布洛赫定理，当光波在周期性光子带隙结构中传播时，可以形成一种局限于介质表面的特殊波动现象。BSW技术利用这种现象，通过设计特定的光子晶体结构，使得光波可以在材料表面有效地传播而不扩散，从而实现高效、灵敏的传感。 BSW传感器的关键在于其独特的结构设计，如光子带隙结构和表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)的结合。光子带隙结构能控制光的传播路径和模式，而SPR则增强了光与物质相互作用，使得传感器对微小变化极为敏感。这些特性使得BSW传感器在生物传感中无需标记就能探测到目标分子，极大地简化了检测过程。 在生物传感应用中，BSW传感器可以通过监测目标分子与传感器表面之间的相互作用，实现对蛋白质、DNA、病毒等生物分子的快速、准确检测。例如，通过调整光子带隙结构，可以优化传感器对特定生物分子的亲和性，从而提高检测的特异性。 气体传感方面，BSW技术利用气体分子对光的吸收或散射特性，可以监测环境中的有毒有害气体或温室气体浓度。由于BSW的高灵敏度，即使是很小的气体浓度变化也能被检测到，这对于环境保护和安全监控具有重要意义。 此外，BSW技术在荧光检测中也有独特优势。荧光是物质吸收光能后发射出的光，BSW可以增强荧光信号，使检测更灵敏，同时减少背景噪声，提高信噪比。 检测系统通常包括光源、BSW传感器芯片、信号采集和分析设备。通过精确控制光源的波长和入射角度，可以激发BSW并监测其相位或振幅的变化，从而获取有关待测物质的信息。近年来，随着微纳加工技术和光学测量技术的进步，BSW传感器的集成化和微型化已成为可能，这将进一步提升其在便携式和远程检测设备中的应用潜力。 国内外的研究主要集中在优化BSW结构设计、提高检测灵敏度、拓宽应用范围以及开发新型BSW传感器。随着科研人员对BSW效应的深入理解和技术创新，可以预见BSW技术将在未来的生物医学、环境监测、物联网等多个领域发挥更大的作用。