组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
未指定具体分析物（aqueous analyte，水溶液基质，n=1.33）
检测原理
该传感器采用平面波导 Otto 构型。TM 偏振光在折射率 1.46 的芯层中传输，其倏逝场穿过厚度为 tg 的水溶液间隙，与金膜（Au）表面支持的表面等离子体激元（SPW）发生相位匹配。当芯层模式传播常数与 SPW 传播常数匹配时，部分光能量耦合到金-分析物界面的 SPW 并在金膜中耗散，使透射谱出现共振谷。被测物或生物识别元件结合后，金膜附近局部折射率改变，导致共振波长 λres 移动；通过光谱仪监测透射谷波长变化即可定量分析物浓度。间隙宽度决定相位匹配与激发效率，SPR 段长度影响共振谷深度。该设计无需匹配层，属于无标记实时光学检测。
检测灵敏度
灵敏度: 4300 nm/RIU；分辨率: 2.3×10^-6 RIU；FWHM: 213 nm
效应效果
本文为理论仿真设计，未报告实际样品加标回收率、选择性、稳定性或重现性数据。优化参数为间隙宽度 tg=175 nm、SPR 段长度 LSPR=175 μm，在水溶液环境（n=1.33）下获得 4300 nm/RIU 的波长灵敏度、2.3×10^-6 RIU 的分辨率和约 213 nm 的 FWHM。作者认为其灵敏度与光纤 SPR 传感器相当，并高于基于硅基绝缘体（SoI）光谱探测的报道值。由于无需缓冲/匹配层且间隙大于 150 nm，结构易于微纳加工，适合需要避免分析物直接接触金属表面的生物分子相互作用检测。
传感器的构成
- 波导衬底/包层：低折射率玻璃衬底与包层（n=1.45，厚2 μm），支撑平面波导并限制光模。
- 波导芯层：折射率 n=1.46、厚1 μm 的芯层，传输 TM 偏振光模。
- 金属换能层：金膜（Au），在芯层/分析物界面支持表面等离子体激元（SPW）。
- Otto 间隙/分析物层：水溶液分析物（aqueous analyte，n=1.33），厚 tg（优化 175 nm），承载被测物并改变界面折射率。
- 识别元件：未具体指定（论文为通用 SPR 设计，未给出抗体/适配体/酶等）。
- 读出结构：输入/输出波导段（I/III）与光谱检测，监测透射谱共振波长移动。
中文摘要
本文提出一种基于 Otto 激发构型的新型平面波导表面等离子体共振（SPR）生物传感器，并对其进行理论设计与优化。该器件由输入波导段、多层 SPR 传感段和输出波导段组成，分析物置于波导芯层与金膜之间的间隙中，形成类似 Otto 棱镜耦合的倏逝场激发结构，无需额外匹配层。作者采用带完美匹配层（PML）的本征模求解器 CAMFR，对间隙宽度 tg 和 SPR 段长度 LSPR 等关键结构参数进行仿真，分析其对透射谱、共振波长、灵敏度、半高宽（FWHM）和分辨率的影响。结果表明，间隙宽度影响相位匹配和表面等离子体激元激发效率，SPR 段长度影响共振凹陷深度；在 tg=175 nm、LSPR=175 μm 时，器件在水溶液环境（n=1.33）下获得 4300 nm/RIU 的波长灵敏度、约 213 nm 的 FWHM 和 2.3×10^-6 RIU 的分辨率。该设计结构简单，适合微纳加工，有望用于无需直接接触金属表面的生物分子检测。
英文摘要
A theoretical study on a novel planar waveguide surface Plasmon Biosensor is presented in this paper. The proposed biosensor has a configuration similar to the Otto excitation mechanism for surface Plasmon polaritons. The performance of the device with respect to key system parameters such as gap-width and device length is investigated using an eigenmode solver with perfectly matched layers (PML). Device resolution of 2.3 x 10(-6) RIU has been demonstrated for an aqueous analyte.