表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）传感器是一种有效的检测金属芯片表面环境折射率微小变化的技术，广泛应用于环境监测、健康监测、生化分析等领域。近年来，超构材料由于其磁SPR在生物传感和磁场增强引起的非线性等方面的潜在应用引起了人们广泛的关注。但是，与电SPR传感器相比，关于磁SPR生物传感器的研究报道甚少，这主要是因为在光与物质相互作用过程中，光的磁场分量的贡献几乎可以忽略不计。但在纳米光子学中，磁场增强和电场增强一样重要，获得巨大的磁场增强在许多领域有着潜在的应用价值。
图1：(a) 磁SPR与SPPs相互耦合的三维超构材料结构示意图。(b) 光垂直入射时，对应不同Px周期数值计算的三维超构材料的反射谱。(c)光垂直入射时数值计算的三维超构材料的反射谱。环境媒质的折射率从1.00增加到1.04。(d) 磁SPR和窄带杂化模的位置对折射率的依赖关系，其中黑线对应dip 1，红线对应dip 2。
最近，我院于映教授团队谌静副教授将传播的表面等离极化激元(Surface Plasmon Polaritons，SPP)引入三维超构材料中实现了光频区的磁场增强效应。而且，由于超构材料的组成单元所选的是竖直的金属纳米U型环（其局域增强磁场是暴露于空气中，这非常有利于生物传感），因此他们所设计的三维超构材料具有非常高的生物传感性能，其单位折射率灵敏度和品质因子分别可达700 nm/RUI和170。该研究成果发表在Journal of Lightwave Technology 36(16),3481 (2018).
除此之外，他们还提出通过将金属纳米颗粒阵列置于一个法布里-珀罗（Fabry-Pérot, FP）共振微腔中也可以实现具有高灵敏度的生物传感器。他们理论研究表明，这种传感器高效的传感性能来源于金属纳米颗粒的局域SPR与FP光腔腔模强耦合产生的超窄带宽的杂化共振模式。相关研究成果发表在IEEE Photonics Technology Letters 30(8), 728 (2018)。
详细请参考：
1. J. Chen et al. Enhancing the Magnetic Plasmon Resonance of Three-Dimensional Optical Metamaterials via Strong Coupling for High-Sensitivity Sensing, Journal of LightwaveTechnology36(16), 3481 (2018).
2. J. Chen et al. Optical cavity-enhanced localized surface plasmon resonance for high-quality sensing, IEEE Photonics Technology Letters 30(8), 728 (2018).