表面等离子体激元共振实验报告

等离子体实验报告等离子体实验报告引言：等离子体是一种高度激发的物质状态，具有独特的物理性质和广泛的应用前景。

本实验旨在通过制备等离子体并研究其性质，探索其在科学研究和工业应用中的潜力。

1. 实验原理等离子体是由离子和自由电子组成的，其中的电子被高能量的热激发或电场激发所产生。

等离子体的特点是具有高度激发的电子和离子，呈现出与固体、液体和气体不同的物理性质。

2. 实验装置本实验采用了等离子体发生器、真空室、电极和探测器等装置。

等离子体发生器通过高电压放电产生等离子体，真空室则提供了一个低压环境，以便观察和研究等离子体的性质。

3. 实验步骤首先，将实验装置连接好并确保安全。

然后，通过控制电压和电流，使等离子体发生器产生稳定的等离子体。

接下来，将探测器放置在真空室中，以测量等离子体的密度和温度。

最后，根据实验数据进行分析和讨论。

4. 实验结果与讨论实验结果显示，等离子体的密度和温度与电压和电流有关。

随着电压和电流的增加，等离子体的密度和温度也随之增加。

这表明，电场激发对等离子体的产生和维持起着重要作用。

此外，实验还观察到了等离子体的发光现象。

当电场激发等离子体时，激发的电子会从高能级跃迁到低能级，释放出能量并产生光。

这种发光现象在等离子体显示器和气体放电管等设备中得到了广泛应用。

5. 应用前景等离子体作为一种新型物质状态，具有广泛的应用前景。

它可以用于制备高能量材料、进行精细加工和材料表面改性等工业应用。

此外，等离子体还可以用于太阳能电池、医学诊断和治疗等领域。

6. 实验总结通过本实验，我们对等离子体的性质和应用有了更深入的了解。

等离子体作为一种新型物质状态，具有独特的物理性质和广泛的应用前景。

我们相信，随着科学技术的不断发展，等离子体将在更多领域展现其潜力，为人类带来更多的福祉。

结论：本实验通过制备等离子体并研究其性质，探索了等离子体在科学研究和工业应用中的潜力。

实验结果表明，等离子体的密度和温度与电压和电流有关，并且等离子体具有发光现象。

表面等离子体共振实验姚付强 2012326690046 应用物理学12（2）班实验目的：1. 了解全反射中消逝波的概念。

2. 观察表面等离子体共振现象，研究共振角随液体折射率的变化关系。

3. 进一步熟悉和了解分光计的调节和使用。

实验原理：当光线从光密介质照射到光疏介质，在入射角大于某个特定的角度（临界角）时，会发生全反射现象。

但在全反射条件下光的电场强度在界面处并不立即减小为零，而会渗入光疏介质中产生消逝波。

若光疏介质很纯净，不存在对消逝波的吸收或散射，则全反射的光强并不会衰减。

反之，若光疏介质中存在能与消逝波产生作用的物质时，全反射光的强度将会被衰减，这种现象称为衰减全反射。

如果在这两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的消逝波的P 偏振分量将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子相互作用，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波。

表面等离子体共振原理如图所示。

对于某一特定入射角，消逝波平行于金属(电介质)界面的分量与表面等离子体波的波矢（或频率）完全相等，两种电磁波模式会强烈地耦合，消逝波在金属膜中透过并在金属膜与待测物质界面处发生等离子体共振，导致这部分入射光的能量被表面等离子体波吸收，能量发生转移，反射光强度显著降低，这种现象被称为表面等离子体波共振。

当发生共振时，表面等离子体共振角与液体折射率的关系由以下公式表示2212210Re Re )sin(n nn sp +=εεθ其中spθ 为共振角，0n 为棱镜折射率，2n 为待测液体折射率，1Re ε 为金属介电常数的实部。

实验仪器表面等离子体共振实验仪器装置如图所示。

主要由分光计、激励光源、偏振片、硅光电池、光功率计、半圆柱棱镜（内充液体介质）。

实验内容1. 调整分光计2. SPR传感器中心调整3. 测量某一液体的共振角数据处理最大光强为126光强126 121 115 107 97 92 91 83 86 87 88 89 931.0 0.96 0.91 0.85 0.77 0.73 0.72 0.66 0.68 0.69 0.70 0.71 0.74 相对光强63 65 66.5 68 69.5 71 72.5 73 73.5 74 75.5 77 78.5 入射角（°）结果讨论由图中曲线可知相对光强的最低点所对应的入射角为︒73 ，因此共振角就是︒73 ，再根据公式可以得出该液体的折射率。

表面等离子体共振
表面等离子体共振是一种在纳米尺度下的表面增强光谱学技术，在化学、生物、物理等领域中具有重要的应用价值。

表面等离子体共振通过激发金属纳米结构表面的等离子体共振激元，实现对吸附在金属表面或与金属表面相互作用的样品进行高灵敏度的光谱检测。

我们知道，等离子体共振是指金属或其他导体中的自由电子在外界电场作用下
的振荡现象。

当这种振荡发生在金属纳米结构的表面时，就形成了表面等离子体共振。

之所以称为“表面”，是因为这种共振只发生在金属表面附近几十到几百纳米的
范围内，具有高度局域的特点。

在表面等离子体共振技术中，研究人员通常利用纳米结构的阵列、膜、颗粒等
作为表面等离子体共振的基底。

这些纳米结构的形状、尺寸和材料可以被精心设计，以调控其共振特性，从而实现对不同样品的选择性检测和分析。

通过表面等离子体共振技术，科研人员可以实现对生物分子、药物、化学物质
等样品的高灵敏度检测，甚至可以实现单分子检测。

表面等离子体共振在生物传感、化学分析、光电器件等领域具有广泛的应用前景，为科学研究和工业技术的发展带来了新的机遇。

总的来说，表面等离子体共振作为一种重要的纳米技术手段，具有丰富的理论
基础和广泛的实际应用。

随着纳米科技的不断进步，表面等离子体共振技术在材料科学、化学分析、生命科学等领域中将发挥越来越重要的作用，为人类社会的进步和发展做出更多贡献。

SPR技术用于BSA-antiBSA动力学研究一．实验目的1.了解SPR技术的原理和应用。

2.掌握SPR技术进行动力学研究的基本步骤。

二．实验原理SPR的全称是表面等离子体激元共振(surface plasmon resonance, SPR)是一种检测金属表面超薄吸附层厚度和结构变化的物理光学技术，是研究生物分子与其它分子相互作用的有力工具，具有高灵敏、免标记、实时检测等优点，在研究分子之间作用的动力学方面具有独特的优势。

SPR技术通常用稳定性好并且折射率高的金膜做感应芯片，当感应芯片表面发生分子的吸附和相互结合状况发生变化时，金属表面折射率的灵敏变化就可以很便利地研究生物分子间的相互作用。

对于生物分子的检测，通常在金膜表面修饰上生物膜基底以防止生物分子直接接触金膜发生变性或非特异性吸附。

BSA（牛血清蛋白）是一种比较稳定的蛋白，在生化实验中有广泛的应用。

它对应的抗体是anti-BSA，二者分子量都比较大，并且之间的作用很强。

当芯片表面固定了BSA后，anti-BSA与BSA的结合会引起表面折射率的明显变化，通过SPR信号反映出来。

不同浓度的anti-BSA样品对应不同的SPR信号响应。

把不同浓度的信号曲线放在一起用动力学软件拟合就可以得到动力学数据和热力学数据。

预先修饰的生物膜表面有羧基，通过活化剂活化了表面羧基后，含氨基的BSA分子就会直接与活化后的羧基相互作用，从而被固定在芯片表面作为捕获分子。

Anti-BSA分子作为靶点分子再与BSA相互作用而被结合到表面，引起SPR信号的变化。

结合到表面的Anti-BSA分子还可以通过NaOH溶液使芯片再生，重复使用。

NaOH溶液可以破坏BSA和Anti-BSA分子之间的作用，使之解离。

三．主要仪器和试剂1.SPR检测仪器。

2.磷酸盐缓冲液（PBS）：10 mM K2HPO4，10 mM KH2PO4 ，10 mM NaCl，pH 7.23.EDC：0.4 M，用水溶解，使用之前新鲜配制。

表面波等离子体实验研究梁荣庆1 区琼荣2 房芳2 梁波1 王飞1 韩冬1复旦大学现代物理研究所1 中国科学院等离子体物理研究所应用等离子体研究室2摘要：表面波等离子体源是近年发展起来的新型等离子体源技术[1-3]。

该源技术可在较低的气压下（<20mTorr）产生大面积（>φ100cm）、均匀、高密度（>1011cm-3）的等离子体，这种新型等离子体源物理与技术的研究对发展有更大加工面积、更好综合性能的下一代等离子体源技术有着非常重要的意义。

本文探讨了表面波激发等离子体的基本原理，介绍了我们研制的直径30cm高度50cm的表面波等离子体源。

该等离子体源采用了两种激发表面波等离子体的微波耦合方式：1）通过顶部盖板上狭缝耦合，产生大面积平面等离子体。

2）利用环状微波波导内侧狭缝耦合产生大体积等离子体。

我们分别对两种激发方式单独以及共同运行时产生的等离子体进行了实验研究，在各种实验条件下用探针技术测量了等离子体的密度和温度分布，并观察到了丰富的表面波等离子体模式变换现象。

论文给出了这些实验的结果并进行了初步分析。

一、前言新型等离子体源技术对推动ULSI和MEMS的超细微加工、大面积平板显示器和太阳能电池制造、纳米材料制备以及表面改性等高新科技领域发展至关重要。

为适应上述领域的发展与要求，要求等离子体源具有大面积均匀（直径D>100 cm）、高密度（>1011cm-3）、低气压（<20 mTorr）、无内电极污染（感应或电磁波激发放电）、结构简单（无需磁场）、稳定、可控性好等特点。

在此背景下发展起来了一批新型等离子体源：电子回旋共振等离子体源（ECR）、螺旋波等离子体源（Helicon）、电感耦合等离子体源（ICP），这些新等离子体源相对于传统的电容耦合等离子体源（CCP），具有等离子体密度高、无电极污染、可运行于低气压下等显著优点。

但上述等离子体源存在的问题有：需要外加磁场，造成结构复杂及等离子体的空间各向异性；等离子体中电子能量较高，会对精细的加工带来不利影响；在增大等离子体面积并保持较好的均匀性、进一步提高等离子体密度等方面，由于原理的原因受到限制。

表面等离子体激元
表面等离子体激元（surface plasmon polariton，SPP）是研究与复
杂光学、电磁和物理行为相关的材料和结构的有效载体，具有重要应
用价值。

它可以将光信号传输到固体的内部，并使光子显得更短，这
为传递信息提供了新的可能性。

表面等离子体激元描述了物理表面上发生的电磁激励现象。

它们类似
于传统的电磁波，但具有新的特性，包括在固体物质表面反射回来的
大量能量和短波长。

SPP由一个电磁波和一个等离子体波强相互作用而产生，这两种波抵消并形成一种新的组合波。

表面等离子体激元的特性给它带来了几个关键优势。

它们可以用来实
现高密度的电磁能量传输，并能够以最少的时间传输信号。

它们还可
以用来控制传输的方向，因此可以实现高度有效的光学传输。

此外，
它们还将光子的波长缩短，从而可以实现高信噪比的传输，在存储和
运输光信息中发挥重要作用。

表面等离子体激元在多个领域都发挥着关键作用，如通信、电子系统
设计和光学系统设计。

它们在激光打印、光学散射和拉曼分析（Raman scattering）等技术中也被广泛应用。

此外，它们还为光子学中的调
制器、衍射元件和其他器件发挥着重要作用。

表面等离子体激元现在已经成为光子学中不可或缺的研究对象，它们
可以实现更快、更精准的处理和传输信号，并在全球各个行业发挥巨
大的作用。

它们已经从研究阶段走向实践应用，且未来前景一片光明。

第四章表面等离子体共振技术--学习总结通过表面等离子体共振技术的学习，我主要掌握了以下的一些基本知识：一、金属表面的等离子体振动表面等离子体振动，其角频率ωs与体积等离子体的不同，它们之间存在以下关系：则这种特殊表面的等离子体振动的角频率ωms为：Array二、产生表面等离子体共振的方法面等离子体波（Surface plasma wave，SPW）质中逐渐衰减。

表面等离子体波是TM极化波，即横波，其磁场矢量与传播方向垂直，与界面平行，而电场矢量则垂直于界面。

在半无穷电介质和金属界面处，角频率为式中c是真空中的光速，εm和εa分别是金属和电介质的介电常数。

表面等离εm=εmr+iεmi）。

金属的εmr/εmi电磁波在真空中的速度c与在不导电的均匀介质中的速度v之比称为电介质的折射率n：则：Array频率为ω要使光波和（ka）总是在ω（从不交叉，即ω（因此，要设法移动ω（的。

场在金属与棱镜的界面处并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失kev为：通过调节θ共振，有：由上式可见，若入射光的波长一定，即ωa一定时，ns条件；若θ0一定时，ns改变，则必须改变ωa波长λ来实现。

此时θ0和λ分别称为共振角和共振波长。

右图为典型的SPR光谱三、SPR传感器1、基本原理表面等离子体子共振的产生与入射光的角度θ、波长λ、金属薄膜的介电常数εs及电介质的折射率ns有关，发生共振时θ和λ分别称为共振角度和共振波长。

对于同一种金属薄膜，如果固定θ，则λ与ns有关；固定λ，则θ与ns有关。

如果将电介质换成待测样品，测出共振时的θ或λ，就可以得到样品的介电常数εs或折射率ns；如果样品的化学或生物性质发生变化，引起ns的改变，则θ或λ也会发生变化，这样，检测这一变化就可获得样品性质的变化。

固定入射光的波长，改变入射角，可得到角度随反射率变化的SPR光谱；同样地，固定入射光的角度，改变波长，可得到波长随反射率变化的SPR光谱。

表面等离子共振
表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）是一种基于金属表面等离子体共振（surface plasmon polariton，SPP）现象的无标记生物分子相互作用检测技术，广泛应用于生物医药、生命科学等领域。

SPR是指在金属表面上，当入射光与金属表面接触时，在金属表面和介质之间自发激发出一种仅存在于表面的电磁波，这种波称为表面等离子体波（surface plasmon wave）。

当生物分子与金属表面接触时，由于生物分子的存在会改变金属表面介电常数分布和光吸收等性质，从而引起表面等离子体波的衰减和共振波长发生变化。

通过检测共振波长变化的大小和趋势，可以确定生物分子与金属表面的相互作用情况，如反应的关键动力学参数、结合亲和性等信息。

SPR技术具有无需标记和实时监测的优点，广泛应用于蛋白质结合、药物筛选、DNA杂交等生物分子相互作用研究。

同时，SPR还可以用于医学检测和临床诊断，如癌细胞诊断、心肌梗塞预测等方面，具有极高的应用前景。

表面等离激元共振法测液体折射率实验实验目的：1、了解全反射中倏逝波的概念2、观察表面等离激元共振现象，研究其共振角随折射率的变化3、进一步熟悉和了解分光计的调节和使用4、了解和掌握共振角测量的方法，以及计算折射率的原理和方法实验简介：早在1902年Wood就在光学实验中首次发现了表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）现象，1941年Fano根据金属和空气界面上电磁波的激发解释了这一SPR现象，随后就提出了体积等离子体子（激元）的概念，认为这是金属中体积电子密度的一种纵向波动。

Ritchie注意到当高能电子通过金属薄片时，不仅在体积等离子体子频率处有能量损失峰，在更低频率处也有能量损失峰，并认为这与金属薄膜的界面有关。

1959年Powell和Swan通过实验验证了Ritchie理论。

1960年Stern和Farrell研究了此种模式产生共振的条件并首次提出了表面等离子体子（SP）的概念。

1971年Kretschmann为SPR传感器结构技术奠定了基础,1983年Liedburg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定，1987年Knoll等人开始了SPR成像的研究，1990年Biocare AB公司开发出首台商品化SPR仪器。

表面等离激元共振技术终于在20世纪90年代成功发展起来，成为应用SPR原理检测生物传感芯片上配位体与分析物作用的一种新技术。

表面等离激元共振是一种能够适合探测金属表面的分子相互作用的量子光电现象。

理论上，一个表面全内部反射的光诱发从表面延伸的倏逝波，平行于正常的波。

这个倏逝场是由于光的波性质和强度随着表面距离增加而呈指数递增。

在波导/金属表面相交处，从波导延伸的倏逝场能够以具体的入射角耦合到电磁表面波，这个角称为表面等离激元共振（SPR）角。

在这个角，光能量能够转换到传导金属膜片，因为共振频率是一样的，因此创建了一个表面等离激元。

因为能量被吸收了，光的反射强度显示了在表面等离激元共振（SPR）发生的角的地方下降。

表面等离子体共振实验报告表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种新兴的生物物理学实验技术，它利用生物分子的相互作用引起光学信号变化的原理，实现了对生物分子之间相互作用的实时监测和定量分析。

本实验主要介绍了SPR技术的基本原理、实验步骤和结果分析。

一、实验原理1、SPR原理SPR技术是建立在一种特殊介质——金属膜上的表面等离子体共振现象基础上的。

当在金属膜表面通过介质（如生理盐水、缓冲液或样品溶液）传递光束时，由于光学介质的折射率不同，光束会发生反射和折射。

在一定条件下，当角度θ满足反射波与表面等离子体波相互干涉的条件时，会出现表面等离子体共振现象（SPR）。

此时金属膜表面的电磁场强度将达到最大值，后继的微小角度变化将引起表面等离子体波强度和位置的变化，从而改变反射光强与入射角度θ的关系。

这种关系可以被记录下来，形成一条SPR曲线。

当样品中的目标分子与另一种生物分子在金属膜表面结合时，目标分子的存在将导致其阻挡反射波与表面等离子体波之间的干涉，从而进一步改变SPR曲线，因此可以通过记录SPR曲线来精确确定生物分子之间的相互作用强度和特异性。

2、SPR实验原理通常SPR实验需要使用一台SPR仪器。

这种设备包括一个光学系统和一个流体系统。

光学系统由一束激光和一个检测器组成，激光发出的光束通过一个棱镜和已有特定介质的金属膜，最终进入检测器接收信号。

流体系统由一个自动进样器和一组泵以及一组温控组件组成，流体系统负责通过SPR芯片的金属膜表面注入样品，并且在观测期间对温度进行有效控制。

当样品流经SPR芯片并与上基质表面结合时，实验者可以通过SPR曲线的变化来确定其结合亲和力和特异性。

二、实验步骤本实验是一个基于SPR技术的生物分子相互作用研究实验，具体步骤如下：1、SPR芯片活化将SPR芯片在流体系统中循环使用混合物（如EDC和NHS）和以乙酰胆碱（Acetylcholine，Ach）为基质的样品溶液，这时导致芯片表面生成一个稳定的酯缩合物，可以在酯缩合物上联结其他分子。

表面等离激光实验报告一、实验目的1.掌握表面等离子体激元共振仪的原理和使用方法；2.了解表明等离子体激元共振仪在生物传感器方面的应用；3.掌握使用仪器测量生物样品的方法。

二、实验原理表面等离子体激元共振是一种非常灵敏的表面光谱技术，它是利用金属/电介质界面产生表面等离子体激元极化( Surface plasmon polaritons, SPPs) 时金属（Au, Ag, Cu, Al）表面的光区加强效用。

SPPs 是光子和等离子体激元耦合的表面电磁波，沿着金属/电介质表面传播，可以用来提高各种光谱测量的灵敏度（单或双光子表面荧光，拉曼散射，SHG）。

与SPP有关的光区强度在离金属界面200nm 范围内成指数衰减。

通过SPPs最简单的形式，SPR反射率可以用来测定金属表面吸附的薄膜的折射率和厚度。

椭圆偏振是另外一种可以用来测量薄膜的折射率和厚度的表面技术，但是在超薄膜（<40nm, 视基体而定）的测量中它的灵敏度不如SPR 。

SPPs是由金属/电介质介面的处于谐振的电子与光能的耦合产生的。

只有用p-极化光波激发才能产生（也就是光的电场矢量平行于入射光的平面），并且传播矢量或是波矢量ksp，位于金属表面的平面。

SPPs振幅在金属/电介质介面是最大的，随着远离界面的距离成指数衰减。

这主要是因为与在金/空气界面的表面等离子体激元形成有关的电场,，随着远离金膜表面而指数衰减。

这个电场随着远离金膜表面而呈指数衰减，当在164nm处达到1/e，这给出一个表面等离子体激元可探测的大体范围。

许多的表面光谱技术利用了这种增强，包括拉曼，荧光和二次谐振的发生。

表面等离子体激元在金属/电介质介面的分布关系如下所示：其中，是光的频率，c是光速，光子的波矢量，和分别是金属和电介质（通常是空气和水）的介电常数。

SPPs在金/空气界面的分布关系如下图中实线所示，由方程（1）计算所得。

在全反射( Total internal reflection)的情况下电场在金属与棱镜表面并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失波（Evanescent light wave）。

第1篇一、实验目的1. 了解等离子体的基本特性和形成条件；2. 掌握等离子体实验装置的操作方法；3. 通过实验验证等离子体的应用及其效果。

二、实验原理等离子体是物质的一种状态，由带电粒子（离子和自由电子）组成。

在高温、高压、电磁场等条件下，气体分子可以被激发成等离子体。

等离子体具有很高的导电性和导热性，广泛应用于工业、医疗、科研等领域。

三、实验器材1. 等离子体发生器；2. 气源（氩气、氮气等）；3. 高压电源；4. 温度控制器；5. 激光发射器；6. 摄像头；7. 计算机及数据采集系统。

四、实验步骤1. 准备工作：检查实验器材是否完好，连接好相关设备，调试好实验参数。

2. 实验一：等离子体形成实验（1）开启高压电源，调节电压至设定值；（2）通入氩气，调整气体流量；（3）观察等离子体形成过程，记录等离子体颜色、形状等特征。

3. 实验二：等离子体导电性实验（1）将等离子体发生器放置在导电台上；（2）连接高压电源，调节电压至设定值；（3）观察等离子体导电性，记录电流大小、稳定性等数据。

4. 实验三：等离子体温度测量实验（1）将温度传感器放置在等离子体中心；（2）开启等离子体发生器，调节电压至设定值；（3）记录温度传感器读数，分析等离子体温度变化规律。

5. 实验四：等离子体应用实验（1）将激光发射器放置在等离子体发生器前方；（2）开启激光发射器，观察等离子体对激光的散射现象；（3）分析等离子体对激光的散射效果，探讨等离子体在光学领域的应用。

五、实验结果与分析1. 实验一：等离子体形成实验通过观察，等离子体呈现明亮的紫红色，形状为环状，中心温度较高。

2. 实验二：等离子体导电性实验实验结果显示，等离子体导电性较好，电流大小稳定。

3. 实验三：等离子体温度测量实验实验结果表明，等离子体温度随着电压升高而升高，呈现非线性关系。

4. 实验四：等离子体应用实验激光在等离子体中的散射现象明显，说明等离子体具有光学应用潜力。

实验名称：表面等离激元共振法测液体折射率实验实验目的：1、了解全反射中倏逝波的概念2、观察表面等离激元共振现象，研究其共振角随折射率的变化3、进一步熟悉和了解分光计的调节和使用4、了解和掌握共振角测量的方法，以及计算折射率的原理和方法 实验原理：在电磁场的作用下，材料中的自由电子会在金属表面发生集体振荡，产生表面等离激元；共振状态下电磁场的能量被有效转换为金属表面自由电子的集体振动能。

当入射光从折射率为n 1的光密介质照射到折射率为n 2的光疏介质，当入射角θ大于临界角θc 时,将发生全反射，在全内反射（TIR ）条件下，入射光的能量没有损失，但光的电场强度在界面处并不立即减小为零，而会渗入光疏介质中产生消失波，光波并不是绝对地在界面上被全反射回光密介质，而是渗入光疏介质大约一个波长的深度，并沿着界面流过波长量级距离重新返回光密介质，沿着反射光方向射出。

这个沿着光疏介质表面流动的波称为倏逝波。

对于倏逝波在金属内部的分布是随着与表面垂直距离z 的增大而呈指数衰减，即()(0)exp(-)zI z I d= (1)其中 d =0λ是光在真空中的波长)是倏逝波渗入光疏介质的有效深度(光波的电场衰减至表面强度的1/e 时的深度)。

可见入射的有效深度d 不受入射光偏振化程度的影响，除θ→c θ，d →∞的特殊条件外（c θ为布儒斯特角），d 随着入射角的增加而减小，其大小是0λ的数量级甚至更小。

因为倏逝波的存在，在界面处发生全内反射的光线，实际上在光疏介质中产生大小约为半个波长的位移后又返回光密介质。

表面等离激元共振（SPR ）是倏逝波以衰减全反射的方式激发表面等离激元波（SPW ），当SPW 波矢与倏逝波的波矢大小相等、方向相同时，产生共振，导致入射光的反射光强降至最低。

如果在两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的倏逝波的P 偏振分量（P 波）将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子相互作用，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波（SPW ）。

表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。

1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。

后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。

由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。

1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。

等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。

当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。

对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。

金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。

这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。