优化设计的表面等离子体激元微盘：高灵敏度传感应用

"表面等离子体激元微盘的优化设计及应用" 本文主要探讨了表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）微盘在光电子器件中的优化设计及其应用。SPPs是金属与介质界面处的电磁波动，具有高品质因子（Quality Factor, Q）和极小的模式体积，这使得它们在光子学领域有广泛的研究价值。 作者采用有限元法（Finite Element Method, FEM）对金属覆盖的介质微盘谐振腔进行了理论模拟。这种微盘结构由一个金属薄膜覆盖的微小圆形介质腔构成，其中SPPs的共振模式受到微盘底半径、介质层厚度和金属膜厚度等因素的影响。通过调整这些参数，可以优化微盘的性能，以适应特定的应用需求。 研究发现，通过精确控制微盘的设计参数，可以在光通信常用的1550纳米波段实现高品质因子超过1000的SPP模式。同时，这些微盘的模式体积可达到极低的水平，这意味着它们能够高效地集中和操控光场。这种优化的SPP微盘对于提高光与物质相互作用的强度，以及开发高性能的光电子器件（如微型激光器、光传感器等）具有重要意义。 此外，文中还展示了优化设计的微盘在折射率传感中的应用。利用SPP微盘的高灵敏度，实验获得了高达300纳米/折射率单位（nm/RIU）的传感灵敏度。这意味着微盘能够非常敏锐地检测到周围环境折射率的微小变化，这对于生物传感、化学分析和环境监测等领域具有极大的潜力。 关键词涵盖了激光技术、光学微腔、回音壁模式（Whispering Gallery Mode）、表面等离子体激元以及有限元法。这些关键概念共同构建了研究的基础，并展示了SPP微盘在现代光学和光电子学中的重要地位。 本文深入研究了表面等离子体激元微盘的优化设计策略，通过数值模拟揭示了其性能提升的可能性，并将其成功应用于高灵敏度折射率传感器的开发，进一步推动了光电子器件的小型化和功能化发展。