1.2.2 波导耦合

波导耦合SPR装置也可以激发SPW，其工作原理与Kretschmann装置的工作原理类似，如图1.5所示。图中波导层的作用和 Kretschmann 装置中棱镜的作用一样，在波导层上制备金属层，光从波导层一侧入射时会发生全反射，产生波导模式并在波导-金属界面激发倏逝波，倏逝波能透过金属层在金属-介质界面激发SPW。波导耦合SPR装置产生SPR现象的波矢匹配条件如下：

式中，βmode为波导模式沿界面方向的传播常数。

图1.5 波导耦合SPR装置

激发SPW的波导耦合SPR装置主要有以下两种。

（1）光纤耦合SPR装置。Jorgenson RC等人于20世纪90年代初研制了这种装置[18]。这种装置主要基于侧面抛光技术，在抛光区制备金属层，光纤则起到Kretschmann 装置中棱镜相同的作用，其中传播的基模光波通过衰减全反射在光纤-金属层界面激发倏逝波，并透过金属层在金属-介质界面激发SPW。光纤耦合SPR装置的优点是结构简单、易于集成，缺点是光纤容易变形，导致在光纤中传播的光波偏振不稳定，影响了光波激发SPW的效率。

（2）平板波导耦合SPR装置。1990年，Lukosz W证明了利用集成平板波导装置激发SPW的可行性[19]，Lambeck PV首次研制出集成平板波导激发SPR的装置[20]。此后，科研人员对利用平板、沟道单模集成波导激发SPW做了大量研究。平板波导耦合SPR装置的优点是与微电子工艺兼容、易于大规模集成，缺点是动态范围有限，为此科研人员研究并开发了多种不同结构的波导耦合 SPR 装置，以增大 SPR 传感器的动态工作范围。例如，减小衬底的折射率或者在衬底上制备低折射率的缓冲层[21-22]、在波导层上制备高折射率的缓冲层[23]以增大波导模式传播常数沿金属-介质界面的分量等。这些缓冲层的出现虽然增大了 SPR 传感器的动态工作范围，但影响了电磁场在金属-介质界面的分布，降低了传感器的灵敏度。