物理系研究生课程教学大纲-微纳光学传感理论与技术.doc

《微纳光学传感理论与技术》课程教学大纲 一、中文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容） 课程代码： 学 0854062006 分：2 课程名称：微纳光学传感理论与技术 学时：32 微纳光学传感技术具有灵敏度高、集成度高、抗电磁干扰能力强等优势，是 微纳光学研究领域中的一个热点研究方向。微纳光学传感技术涉及光学、化学、 生物、材料、微纳制造技术等多个学科，属于典型的交叉学科。一个微纳光学传 感器件的实现需要传感机制的选择、器件结构设计、器件制造、传感性能表征等 四个环节，因此微纳光学传感技术是一种综合性技术。本课程致力于将当前微纳 光学传感技术中的几种主流实现途径介绍给研究生们，包括表面等离子体传感、 微腔传感、微纳光纤传感、波导传感等。主讲内容包括传感的基本物理机制、典 型的传感器件构型、器件的主要制备方法和工艺、光学传感的主要应用场景、当 前的研究状况、存在的问题以及未来的发展趋势等。课程讲授的目标是让学生对 微纳光学传感技术研究领域的状况有一个大致的了解，以期对其自己的研究有所 帮助。 二、英文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容） Course Code: 0854062006 Credit: 2 Course Name: 微纳光学传感理论与技术 Class hours: 32 Sensing technology based on micro and nano optics has the advantages of high sensitivity, integrated, good ability of anti-electromagnetic interference, is becoming a hot topic in micro and nano optics. Sensing technology based on micro and nano optics is a typical interdisciplinary subject which involves optics, chemistry, biology, materials and micro nano manufacturing technolog. The realization of a micro and nano optical sensor needs four steps, i.e., selection of the sensing mechanism, design of the configuration, manufacture and characterization of the sensor. Sensing technology based on micro and nano optics is a kind of comprehensive technology. The aim of this course is introducing the mainstream of micro and nano optical sensing approaches to the graduate students, which are surface plasmonic sensing, microcavities sensing, micro and nano optical fiber sensing, waveguide sensing. The lecture contents are the physical mechanisms of sensing, the typical sensing configurations, the method and technique of the manufacture of the sensors, the typical application scenarios of optical sensing technology, the key problems and the perspective on the research. This lecture aims to help the students to build a rough picture about the sensing technology based on micro and nano optics, and to get some benefits for their own subjects. 三、教学目标 1．对微纳光学传感理论与技术有一个全面的概括的认识，熟悉各种光学传 感机制和相应的传感器件构型。 2．熟练掌握一种传感方式的基本概念、基本原理和典型实现途径。 3．培养独立发现问题、解决问题的能力；培养科学的思维方式，建立正确 的科研观；培育科学报国，勇于创新，追求真理、勇攀高峰的科学精神。 四、教学内容 本课程教学内容分为如下五章 第一章：微纳光学传感理论与技术概述 本章为微纳光学传感的历史与发展演化过程的概述，分别介绍不同种类光学 传感技术的具体发展状况。 第二章：表面等离子体传感理论与技术 本章介绍表面等离子传感技术的理论以及相关器件的具体实现方式。 第三章：集成波导传感理论与技术 本章介绍集成波导传感理论与技术的理论以及相关器件的具体实现方式。 第四章：微腔传感理论与技术 本章介绍微腔传感理论与技术的理论以及相关器件的具体实现方式。 第五章：微纳光学器件制备技术 本章介紫外激光光刻、离子束刻蚀、电子束曝光、飞秒激光双光子直写、金 属薄膜热蒸镀等微纳光学器件制备技术。 五、课程考核 本课程采用课堂成绩和期末小论文形式进行考核。成绩为满分为 100 分，由两 部分构成，分别为课堂成绩（20%），期末小论文成绩（80%）。 六、教材及参考资料 1. Matthew R. Foreman, Jon D. Swaim, and Frank Vollmer, “Whispering gallery mode sensors,” Advances in Optics and Photonics 7, 168–240 (2015). 2. Matthew E. Stewart, Christopher R. Anderton, Lucas B. Thompson, Joana Maria, Stephen K. Gray, John A. Rogers, and Ralph G. Nuzzo, “Nanostructured Plasmonic Sensors,” Chem. Rev. 108, 494−521 (2008). 3. M.-Carmen Estevez, Mar Alvarez and Laura M. Lechuga, “Integrated optical devices for lab-on-a-chip biosensing applications,” Laser Photonics Rev. 6, No. 4, 463–487 (2012)