基于表面等离子体共振的微纳米阵列天线在生物分子浓度检测、癌细胞凋亡率测
试和生物分子表面增强拉曼散射表征与测试等领域具有广泛的应用。目前，对于微纳
米阵列天线生物传感技术研究的不足主要包括：仿真软件界定不清晰，难以判断仿真
结果的可靠性；微米级天线的开发以单频共振的结构为主，不易建立天线工作频率的
变化量与被测参数之间的影响关系；未考虑不同结构对微纳米天线性能的量化影响关
系、未建立天线结构—天线特性—生物传感性能之间的影响关系。本文针对上述不足
进行了以下研究：
　
比较分析了高频结构仿真器（HFSS）和时域有限差分求解器（FDTD　　Solutions）
的适用波段及使用类别，仿真分析了微纳米环状阵列结构对相应天线性能的影响。通
过　HFSS　仿真分析了同心圆环、同心方环和同心三角形环结构的微米级天线；通过
FDTD　Solutions　仿真分析了同心圆环、圆环/圆盘和同心方环结构的纳米级天线。　　　
制备了基于多频共振的微米级同心圆环阵列天线，建立了“微米阵列天线结构—天
线性能—氨基酸浓度”之间的定量关系，实现了氨基酸浓度的初步测量。通过光刻和剥
离工艺制备了微米级同心圆环阵列天线，并对其形貌进行了表征；测试了　0.4～1.6　THz
范围内天线的透射谱，并与仿真结果进行了比较；测试并分析了沉积有不同浓度　L-色
氨酸的天线的透射谱。　　　
制备了双波长共振的纳米级阵列天线，得到了“纳米天线结构—天线特性—氨基
酸表面增强拉曼散射”之间的影响关系，实现了氨基酸的识别。通过电子束直写刻蚀
和剥离工艺制备了纳米级同心圆环、圆环/圆盘和同心方环阵列天线，并对其形貌进行
了表征；测试并分析了　L-色氨酸和　L-苯丙氨酸的拉曼光谱；提出了基于纳米级同心方
环阵列天线的薄膜折射率传感器，确定了该传感器的性能参数（灵敏度和品质因子）。　　
研究结果表明：HFSS　更适合仿真微米级阵列天线，FDTD　Solutions　更适合仿真纳
米级阵列天线；微米级天线共振频率的相对变化量与　lgC（C　为氨基酸浓度）有较好的
线性关系，天线的灵敏度分别为　0.264%/dec、0.319%/dec、0.386%/dec　和　0.603%/dec；
三种结构的纳米级天线都有很强的电场增强效果，都对氨基酸的拉曼光谱有较大的增
强作用；纳米级同心方环阵列天线作为折射率传感器时，其灵敏度分别可达　276　nm/RIU
和545　nm/RIU，品质因子分别为　9和13.2。