组成图示
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传感器类型
其他（表面等离子体光栅折射率传感器）
检测对象
界面折射率（refractive index, n）；样品基质：空气、水、油等液体/气相介质。
检测原理
器件以 650 nm 半导体激光二极管为光源，激光从输出窗口照射到 Au 纳米光栅表面。当光栅方向与激光偏振垂直（p 偏振）时，入射光通过光栅动量匹配激发金属-介质界面表面等离子体极化激元（SPP）。覆盖在纳米结构表面的液体折射率改变界面局部折射率，改变 SPP 耦合条件，从而调制反射和透射光强。反射通道由 LD 封装内置光电二极管监测背 facet 反射/输出电流；透射通道由外部功率计监测透过纳米缝隙的光功率。折射率升高时透射增强，反射信号变化。由于采用固定波长、近垂直入射的强度调制方式，无标记检测；灵敏度受内置 PD 噪声限制，反射通道最小可分辨 Δn≈0.008，透射通道约 0.0004。
检测灵敏度
LOD: 反射通道约 0.008（折射率）；透射通道约 0.0004（折射率）；线性范围: 1.3–1.65（折射率）
效应效果
器件在 p 偏振下对界面折射率变化产生明显反射/透射信号，s 偏振及无纳米结构 LD 无显著响应，表明信号源于 Au 纳米光栅的 SPP 耦合；FDTD 模拟与实验定性一致。反射通道受内置光电二极管噪声（约 0.2 μA）限制，最小可分辨折射率变化约 0.008；透射通道使用 Thorlabs PM100/S140A（噪声约 0.1 μW），最小可分辨约 0.0004。作者指出当前灵敏度尚不能与商用 SPR 传感器竞争，但可通过替换高性能探测器、窄线宽纳米结构或优化近垂直入射 SPP 耦合提升。器件具有紧凑、低成本、节能、长寿命、稳定和无标记优势，面向化学/生物与环境传感。
传感器的构成
- 光源/换能器：SANYO DL-3147-031 半导体激光二极管（LD），TO-5.6 封装，650 nm 线偏振输出。
- 反射读出：LD 封装内置光电二极管（PD），监测背 facet 反射/输出强度。
- 金属膜：220 nm 金（Au）膜，沉积于 LD 输出窗口，形成金属-介质界面并支持表面等离子体。
- 纳米光栅：聚焦离子束铣削 Au 纳米光栅，周期约 330 nm、宽度约 70 nm，缝隙面积约 2%，用于耦合/调制表面等离子体。
- 样品层：不同折射率液体（空气 n=1.0、水 n=1.33、油 n=1.46 等），覆盖纳米结构表面并改变界面折射率。
- 透射读出：Thorlabs PM100 功率计配 S140A 传感器头，监测透射光功率。
中文摘要
本文报道将等离子体纳米光栅结构集成到商用半导体激光二极管封装输出窗口，构建微型化化学/生物传感器原型。采用 SANYO DL-3147-031 TO-5.6 封装，650 nm 激光，在输出窗口沉积 220 nm 金膜并用聚焦离子束铣削制作周期约 330 nm、宽度约 70 nm 的纳米光栅。通过监测封装内置光电二极管的反射信号和外部功率计的透射信号，实现无标记折射率传感。实验以不同折射率液体（1.3–1.65）验证，FDTD 模拟与测量定性一致；实时测量空气、水、油显示 p 偏振下反射信号随界面折射率变化，s 偏振无显著变化。反射通道最小可检测折射率变化约 0.008，透射通道约 0.0004。器件具有紧凑、低成本、节能、寿命长、稳定和无标记等优势，有望用于化学/生物和环境传感。
英文摘要
We combine plasmonic grating structures with semiconductor laser-diode packages to realize a prototype of miniaturized chemical/biosensor. The advantages of such a device include compact size, low cost, energy effectiveness, long device lifetime, stable performance, and label-free sensing, which should have commercialization potential.