表面等离子体激元研究现状及应用
表面等离子体共振原理及其化学应用
表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。
1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。
后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。
由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。
1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。
等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。
当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。
对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。
金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。
这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。
表面等离子激元在太阳能电池中的应用及优化探讨
表面等离子激元在太阳能电池中的应用及优化探讨第一章：引言表面等离子激元（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种在金属与介质交接面上激发的光学激元，具有极高的光学增强效应和波导性质。
近年来，SPR在太阳能电池领域得到了广泛的应用和研究，主要是通过SPR的光电转换作用提高光电转换效率，从而提升太阳能电池的性能。
本文将就表面等离子激元在太阳能电池中的应用及优化探讨，进行详细的介绍和分析。
第二章：表面等离子激元的基本原理及研究现状2.1 表面等离子激元的基本原理表面等离子激元是一种固体表面上电磁波与金属表面自由电子的相互作用，当波长和介质折射率与金属表面的等离子体密度、金属种类和形状相匹配时，将会激发出强烈的表面等离子激元共振。
在表面等离子激元共振时，光被紧密包裹在金属表面上，形成高密度的电磁场，对于溶液中的吸附分子和氧化还原反应具有极强的增强效应。
此外，可通过适当的金属形状和粒径调控表面等离子激元的性质，构建具有波导效应的光电材料。
2.2 研究现状SPR技术已被广泛应用于传感器、生物芯片、吸附分离、光催化等领域。
在太阳能电池方面，通过SPR的光电转换效应提高了太阳能电池的性能。
目前，学者们主要探讨了基于纳米颗粒、纳米管、纳米片等具有扩大SPR范围和增强SPR效应的光电材料，并在此基础上进行了太阳能电池的制备和性能测试。
第三章：表面等离子激元在太阳能电池中的应用3.1 提高太阳能电池器件的光电转换效率太阳能电池掺杂有纳米金属颗粒/纳米纹理的电极，可实现SPR 的光电转换效应，在太阳辐射下提高光电池的光吸收率和光电转换效率。
在理论和实验上都证明了此技术的有效性。
3.2 调控太阳能电池器件的能带结构通过SPR的局域电场效应和光催化效应，可调控太阳能电池器件的电子结构和能带结构，提高电荷分离效率、电荷传输效率和光电转换效率，达到优化太阳能电池性能的目的。
3.3 提高太阳能电池器件的稳定性通过SPR技术，可对太阳能电池器件表面进行金属染色，增加氧化还原反应（ORR）活性中心，提高ORR反应速率，从而提高器件的稳定性和使用寿命。
等离子体技术在科学研究中的应用与前景
等离子体技术在科学研究中的应用与前景等离子体是一种高温、高能量的物态。
它的能量密度非常高，能够产生强烈的光、电、磁等效应，因此在科学研究中有着广泛的应用前景。
下面，我们就来探究一下等离子体技术在科学研究中的应用与前景。
一、等离子体技术在材料科学中的应用1.等离子体表面处理技术等离子体表面处理技术被广泛应用于材料表面的改性和增强。
等离子体处理可以通过改变表面的化学和物理性质，使材料的表面具有更好的柔性、防腐蚀性、耐磨性、热稳定性等特性。
目前，等离子体表面处理技术已经应用于航空航天、汽车制造、电子、医疗器械等行业。
2.等离子体辅助材料合成技术等离子体辅助材料合成技术可以通过等离子体的化学反应和沉积过程，在材料表面或内部形成纳米颗粒、薄膜、涂层等新型材料。
这些材料具有独特的光、电、磁性能，对于新型电子器件和催化剂等方面有着很大的应用前景。
3.等离子体放电合成技术等离子体放电合成技术是在等离子体的作用下，在气体中合成具有特殊功能的纳米材料。
例如，利用等离子体放电技术可以制备出一系列的纳米颗粒，如氧化铁、氧化钼、氮化硅等，这些粒子主要用于高分子复合材料、显示器件、感应器、化学传感器等领域。
二、等离子体技术在能源领域中的应用1.等离子体温度计等离子体温度计是在等离子体的辐射发射光谱法基础上发展的。
它能够测量高温、高能量等离子体的温度。
这种技术可以应用于热核聚变等领域。
2.等离子体离子源等离子体离子源可以作为高能量离子束的加速器，应用于核物理、材料学等领域。
它可以生产出高能量的粒子束，用于材料表面的改性，或用于核物理实验。
这种技术在核聚变反应堆中也有着广阔的应用前景。
三、等离子体技术在生物医学中的应用1.等离子体治疗技术等离子体治疗技术是一种新型的医学治疗方法。
它利用等离子体的化学反应、放电等特性，对生物组织进行疗效处理。
这种技术可以应用于各种肿瘤、细胞排异等治疗中。
2.等离子体消毒技术等离子体消毒技术可以在不使用化学药品的情况下，快速有效地消毒。
表面等离激元技术在传感领域中的应用
表面等离激元技术在传感领域中的应用随着科技的不断进步，传感器技术的广泛应用改变了我们的生活方式。
作为一种新兴而且快速发展的技术，表面等离激元技术在传感领域中的应用也越来越受到人们关注。
本文将介绍表面等离激元技术的基本原理和应用于传感领域中的优势，以及目前一些典型的传感器的实际应用情况。
一、表面等离激元技术的基本原理表面等离激元技术是一种基于表面等离子体共振原理的物理现象。
在这种现象中，当电磁波遇到一种金属表面时，它会产生一系列了相干的电子激发状态，并产生等离子体波。
这种表面等离激元简称为SPP。
SPP具有在金属表面上存在，垂直于表面传播的性质。
表面等离激元技术通过利用这种现象，使电磁波与金属表面上的等离激元相互作用，从而可实现高灵敏度的传感。
表面等离激元技术主要通过两种方法实现：基于与表面等离激元耦合的光学激发和基于表面等离激元共振的物理激发。
二、表面等离激元技术在传感领域中的优势由于其高灵敏度、快速响应、非侵入性和选择性等特点，表面等离激元技术成为了传感器领域中非常重要的技术手段。
相比于传统的机械传感器和电磁传感器，表面等离激元传感器具有以下几个优势。
1.高灵敏度：表面等离激元技术可以实现纳米级别的检测精度。
当波长与SPP的共振波长相等时，SPP将在表面被激发，从而产生强烈的电磁场信号。
这种特性可以被用来检测非常小的物质变化或者微小的物理特性变化。
2.非侵入性：表面等离激元技术可以通过非侵入性的方法实现检测。
相比于传统的传感器，表面等离激元传感器无需直接接触被检测样本，因此对样本的污染小、损伤少。
3.快速响应：表面等离激元技术在感应作用下产生了强烈的电磁场信号，可以快速响应物质的变化。
响应速度比传统传感器更快。
4.选择性：表面等离激元技术可以通过合适的表面修饰、特定的感光层和吸附层的选择等手段实现特定样品的选择性识别。
三、表面等离激元技术已经被广泛应用于生物医学、环保、军事和食品安全等领域。
以下将介绍一些典型的传感器的实际应用情况。
等离子体科学及其应用研究
等离子体科学及其应用研究随着科技的进步和经济的发展，等离子体科学已成为一个热门的研究领域，其应用范围也日渐广泛。
本文将从什么是等离子体、等离子体应用、等离子体科学研究现状以及未来展望等方面进行介绍和探讨。
一、什么是等离子体？等离子体是由大量带电粒子构成的一种高温、高能态的物态，其特点是具有良好的导电性、磁化性和辐射性。
等离子体广泛存在于自然界中，如极光、电晕、太阳和星际空间中的等离子体云等。
在工业生产和科学研究中，等离子体也有广泛的应用。
二、等离子体应用1. 等离子体应用于材料处理：等离子体技术可以用于表面改性、单原子层制备、纳米结构制备等领域，特别是对于传统材料表面活性的提高，使得其性能得到了很大提升，比如用于涂层、防腐等领域。
2. 等离子体应用于环保：等离子体技术可以对污染物进行高效处理，如用等离子体技术制备光催化剂，可以在光催化反应中去除大气中的有害气体，实现空气净化。
3. 等离子体应用于半导体行业：等离子体技术是半导体行业中制备少杂质晶体的重要工艺之一。
特别是在纳米制备方面，等离子体技术为制备低维量子点、纳米线等提供了重要的方法和手段。
4. 等离子体应用于物理研究：等离子体物理除了具有基础研究价值外，还是热核聚变、宇宙物理、天体物理和磁约束聚变等领域的基础。
并且等离子体过程的本质也是研究其他领域普遍存在的非平衡过程的理论和实验基础。
三、等离子体科学研究现状目前，等离子体科学的研究已经形成了一定规模，所研究的问题也日益复杂，其主要的研究方向包括等离子体基础物理研究、等离子体与材料界面的相互作用、等离子体科学技术等。
近年来，等离子体理论与数值模拟的研究已经得到了长足发展，不仅进一步理论了等离子体的机制，还发现了一些新的等离子体现象和机制。
同时，理论模拟也为实验提供了很好的预测和导向，使得实验研究取得了突破性进展。
四、未来展望随着现代科技的发展，等离子体的应用领域将不断拓展。
同时，等离子体的理论和数值模拟也将不断深入，其在生物、医药等领域的应用也将逐步得到开发和应用。
表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响
表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响近年来, 金纳米粒子作为具有特殊表面等离子激元共振(SPR)效应的材料, 在化学、光学、电子等领域得到广泛应用。
然而, 纳米材料表面容易受到周围环境干扰和污染, 表面的修饰也会对其SPR效应产生一定的影响。
一、SPR现象及其在金纳米粒子中的应用SPR效应是一种在金属表面上发生的特殊电子共振现象, 在特定波长下会引起光的衰减和反射。
在纳米金颗粒上, 等离子激元共振(SPR)现象产生的位置和强度取决于金纳米颗粒的大小、形状、材料以及环境等因素。
SPR效应在光学传感、太阳能电池、热成像和生物成像等领域有着广泛的应用。
二、纳米材料表面修饰的现状在应用中，金纳米颗粒表面往往需要进行修饰，以增强其稳定性、增大其表面积、改善其光催化性能、增强其生物相容性等。
修饰方法包括化学修饰、物理修饰、生物修饰等多种方法，如化学还原、方法，溶剂热法等。
表面修饰可以使金纳米颗粒表面引入不同的官能团，改变其功函数，影响其SPR效应。
因此, 表面修饰对金纳米粒子的SPR效应具有重要的影响。
三、表面修饰对金纳米粒子SPR效应的影响(一)功能化修饰对SPR效应的影响功能化修饰可以使金纳米颗粒表面具有不同的化学活性团，如硫基、羧基、胺基、磷基、甲酸基等。
不同功能团的引入可以通过吸附作用调节表面电荷密度，并改变其SPR响应。
研究表明, 当硫基与金表面形成S-Au键后, 使金纳米粒子产生较重的SPR吸收峰并且其位置发生红移。
(二)材料对SPR效应的影响金以外的其他材料（如CdS、Au/Ag、TiO2）往往作为金纳米颗粒的包膜或掺杂体系，形成复合体系，可以调节金纳米颗粒的大小、形状以及电子传输性质，改变SPR效应。
研究发现, 添加CdS纳米微棒可以使金颗粒的SPR峰红移，说明CdS的引入调控了其SPR效应。
(三)形态与晶面对SPR效应的影响金纳米颗粒的形态、晶面和粒径等因素对其SPR效应产生显著影响。
表面等离子体共振传感技术的研究与应用
表面等离子体共振传感技术的研究与应用一、前言表面等离子体共振传感技术（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种基于光波与表面等离子体耦合的物理现象，具有高灵敏度、实时监测和在线检测等优点，在生化分析、医药检测、食品安全等领域得到广泛应用。
本文将对表面等离子体共振传感技术的基本原理、研究进展和应用现状进行探讨。
二、基本原理表面等离子体是指在金属表面与介质中的交界处形成的电磁波，其电磁场分布减弱得越来越快，从而被限制在膜面附近。
当金属薄膜的厚度为几纳米级别时，能量的耗散会在金属和介质交界面上引起吸收和反射。
这种吸收和反射现象被称为表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR），在外部光照射的情况下，表面等离子体共振的发生与否取决于纳米层的折射率变化。
SPR传感技术是一种利用光与金属表面上的等离子激元作用来检测分子间相互作用的方法。
具体而言，它通过检测分子与金属表面上生物分子之间的相互作用引起的表面等离子体振荡频率的变化，来实现生物分子、药物、化学物质等的高灵敏度检测。
三、研究进展SPR传感技术自1990年代出现以来，就备受科学家的关注。
内外部环境的因素变化（如温度、纳米颗粒形状、金属薄膜厚度等）都能对SPR传感器的检测灵敏度产生显著影响。
因此，研究SPR传感技术的制备、优化与改进显得尤为重要。
如今，研究人员通过对传感器材料、膜层的结构调整，利用奈米纳米颗粒增加传感器灵敏度，通过微电子制造技术对传感器芯片进行微加工等方法，提高了SPR传感技术的精度与检测范围。
同时，生物分子的特异性识别也是SPR传感技术的研究热点之一。
通过制备多种专一性高、稳定性好的生物识别元件，研究者不断探索着SPR传感技术的临床应用。
四、应用现状SPR传感技术在药物开发、食品安全监测、环境污染检测、基因诊断等领域都得到了广泛应用。
以药物开发为例，SPR技术可以用来研究药物与受体之间的相互作用。
表面等离子体激元
表面等离子体激元
表面等离子体激元（surface plasmon polariton，SPP）是研究与复
杂光学、电磁和物理行为相关的材料和结构的有效载体，具有重要应
用价值。
它可以将光信号传输到固体的内部，并使光子显得更短，这
为传递信息提供了新的可能性。
表面等离子体激元描述了物理表面上发生的电磁激励现象。
它们类似
于传统的电磁波，但具有新的特性，包括在固体物质表面反射回来的
大量能量和短波长。
SPP由一个电磁波和一个等离子体波强相互作用而产生，这两种波抵消并形成一种新的组合波。
表面等离子体激元的特性给它带来了几个关键优势。
它们可以用来实
现高密度的电磁能量传输，并能够以最少的时间传输信号。
它们还可
以用来控制传输的方向，因此可以实现高度有效的光学传输。
此外，
它们还将光子的波长缩短，从而可以实现高信噪比的传输，在存储和
运输光信息中发挥重要作用。
表面等离子体激元在多个领域都发挥着关键作用，如通信、电子系统
设计和光学系统设计。
它们在激光打印、光学散射和拉曼分析（Raman scattering）等技术中也被广泛应用。
此外，它们还为光子学中的调
制器、衍射元件和其他器件发挥着重要作用。
表面等离子体激元现在已经成为光子学中不可或缺的研究对象，它们
可以实现更快、更精准的处理和传输信号，并在全球各个行业发挥巨
大的作用。
它们已经从研究阶段走向实践应用，且未来前景一片光明。
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表面等离子体激元研究现状及应用黄增盛（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林 541004）摘要：表面等离子体激元（SPPs）是在金属和介质界面传播的一种波动模式，本文主要讨论了的一些基本特性，概述了现在阶段主要的一些激发产生的方式。
描述了在集成光通信上的应用，比如基于表面等离子体激元的纳米激光器、新型波导和SPPs耦合器等纳米光子器件。
分析了表面等离子体共振(SPR)技术在生物及医疗领域的新应用，并对其在治疗癌症方面的技术原理进行了讨论。
介绍了SPPs在新型光源和能源领域的发展和应用情况，最后讨论了SPPs在光存储方面的快速发展。
关键词：表面等离子激元；表面等离子体共振；纳米激光器The research situation and applications of surfaceplasmon polaritonsHuang Zeng-sheng(School of Information and Communication Engineering, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China) Abstract:Surface plasmon polaritons (SPPs) is in a wave pattern of dielectric and metal interface communication, some basic properties are discussed in this paper, an overview of the main stage generated now some way. Described in the application of integrated optical communication, such as nano lasers, novel waveguide and SPPs coupler base on the surface plasmon. Analysis new technology applies of the surface plasmon resonance (SPR) in biological and medical fields, and the principle of the technique in the treatment of cancer are discussed. Introducing the SPPs development and application in the new field of energy source, and finally discussed the rapid development of SPPs in optical storage.Key words: The surface plasmon polaritons; The surface plasmon resonance; The nano lasers表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式,或者说是在局域金属表面的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。
它既具有光子学的速度，又具有电子学的尺度，能够在亚波长结构中对光进行约束和操控，被喻为目前最有希望的纳米集成光子器件的信息载体。
目前，SPPs 光波导、亚波长孔径的增强透过现象以及光控高速光开关从实验和理论上都得到了广泛的论证。
伴随着纳米科技的蓬勃发展，许多有趣的表面等离子体光学器件不断向前推进，在各个领域发挥着越来越重要的作用。
1SPPs 的基本特性表面等离子体激元是指光子与金属表面的自由电子相互作用而被俘获，外来光子电磁场激发引起金属中电荷密度涨落产生的电磁模式，它沿着金属表面传播，是一种倏逝表面波，满足麦克斯韦方程[2]。
图1 表面等离子体激元在金属与介质表面附近的电荷震荡示意图 如图1所示，在一个平坦的半无限金属表面，假定金属与介质的界面位于yz 面，x=0，而法线方向为x 轴。
入射光的磁场沿y 轴方向入射到界面上，表面等离子体激元沿z 轴方向传播，x ＞0的区域是真空或者其他介电材料，其介电常数为ε1；x ＜0 的区域为金属，其介电常数为ε2，金属的介电常数的实部是负值，即 Re(ε2)＜0。
介质(或真空) 和金属中的电场分别为 E 1和 E 2，磁场分别为 H 1和 H 2，波矢分别为 k 1和 k 2，表面等离子体激元波矢为k spp ，真空中的波矢为 k 0，根据麦克斯韦方程，设定电磁场的形式如下:在x ＞0 区域:()()z k x k i z x e H H 110,,01+= （1）()()z k x k i z z x eE E E 111x 11,0,+= （2）有：212011z x k k k -=ε （3）同理，在 x ＜0 区域:()()z k x k i z x e H H 110,,02+= （4） ()()z k x k i z z x eE E E 222x 22,0,+= （5） 222022-z x k k k -=ε （6）利用电场的切向分量在边界上连续有:spp z z k k k ==21 （7）电场由麦克斯韦方程确定:E ik H ε0-=⨯∇ （8）于是有，在 x =0 处，02211=+εεxxk k （9）由式(3) 、(6) 、(7) 、(9) ，消去 k 1x 和k 2x 可得:21210εεεε+=k k spp （10）注意到，金属的ε2＜0，|ε2+ε1|＜|ε2|，因此，k spp ＞k 0。
介电材料中，k 21x ＜0，k 1x 为虚数；在金属中，因为ε2＜0，所以有 k 22x =ε2，k 20－k 2spp ＜0。
由此可以推断出，表面等离子体激元在垂直金属表面+x 和－x 两个方向上无论是穿透介质(真空)还是金属，都是以指数衰减，只能沿着表面传播[3]。
用表面等离子体激元的这种特性，制作一些金属的纳米结构，可以使光子耦合成为表面等离子体激元，并限制在纳米尺度的金属表面，从而极大地压缩电磁场在空间上的分布尺度。
2 SPPs 的激发和仿真方法由于SPPs 的波矢量大于光波的波矢量，或者说SPPs 的动量与入射光子的动量不匹配，所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。
为了激励表面等离子体波,需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，常用的结构有以下几种：(1)采用棱镜耦合，比较常用的有Otto 方式和Kretschmann 方式；(2)采用波导结构；(3)采用衍射光栅耦合；(4)采用强聚焦光束；(5)采用近场激发。
目前主要的仿真方法有以下3种： （1）时域有限差分法（finitedifference time domain，FDTD）：FDTD 方法是把 Maxwell 方程式在时间和空间领域上进行差分模拟，利用蛙跳式（leaf flog algorithm）空间领域内的电场和磁场进行交替计算，电磁场的变化通过时间领域上更新来模仿。
优点是能够直接模拟场的分布，精度比较高，是目前使用较多的数值模拟方法之一。
（2）严格耦合波法（rigorous coupled-wave analysis，RCWA）：该方法是分析光栅的有利工具，它是基于严格的矢量maxwell方程来分析。
由于在很多的表面等离子的结构中都会引入衍射光栅结构，所以RCWA方法也被越来越多的学者用来分析相关的问题，并且取得了不错的效果。
（3）有限元法（finite element method，FEM）：该方法是从变分原理出发，将定义域进行有限分割，离散成有限个单元集合。
通过区域剖分和分偏差值，把二次泛函的极值问题化为普通多元二次函数的极值问题，后者等价于一组多元线性代数方程的求解。
该方法分析的是一种近似结果，不过很多的问题能近似模拟，目前应用也比较广泛。
3 SPPs的应用3.1表面等离子体激元纳米激光器利用表面等离子体激元的特性，制作一些金属的纳米结构，可以使光子耦合成为表面等离子体激元，并限制在纳米尺度的金属表面，从而极大地压缩电磁场在空间上的分布尺度。
述理论为实现纳米激光器提供了理论基础在基于表面等离子体激元的纳米激光器中，增益介质的作用依然提供光增益和粒子数反转。
电子空穴对( 激子) 被外界能量泵浦激发后，在激子能级跃迁的复合过程中，靠近金属表面的电子跃迁更多地耦合成为表面等离子体激元，从而沿着金属表面传播，而不形成光子，这就是黑暗模式( dark mode) 。
黑暗模式沿着金属与介质的界面传输而没有辐射损耗，换言之，表面等离子体激元激光器产生相干强近场而不必辐射光子，不能通过远场方式观测。
由于该模式耦合成为表面等离子体激元的自发辐射，没有向外界辐射光子，因此可以用来提供噪声很小的光学放大和较大的损耗补偿。
通过打破纳米结构的对称性可以使得表面等离子体激元从黑暗模式转变为发光模式。
表面等离子体激元在金属纳米结构附近共振可以导致自发辐射增强，因此在集成纳光子器件中有着重要的应用。
3.2表面等离子体光波导表面等离子激元能在导体和绝缘体的界面上传播，而在垂直于表面的方向,其强度随它离表面的距离呈指数减小。
这些表面电磁波是由于电磁场与导体的电子等离子体祸合而产生的。
由于一般介质都有损耗，所以在界面上的传播距离是有限的，SP的传播距离定义为当模的功率/强度降到初始值的e-1时，SP沿表面传播的距离：ispk21sp=δ。
银是在可见光范围内损耗最小的金属，即使这样，算出的传播长度在可见光范围内也只有10-100mμ。
在1.5mμ的近红外光带传播长度趋近于1mm。
由于其传播距离太短，所以在过去,表面等离子激元的传播被认为没有什么利用价值。
随着科学技术的进步和纳米技术的飞速发展，制作本身尺度小于表面等离子激元传播长度的器件成为可能，表面等离子激元就有了用武之地。
要利用表面等离子激元作为光波导，可以通过一定的亚波长结构来实现。
通过解一定边界条件的Maxwell方程，周期性的亚波长结构对光的汇聚和引导作用可以被模拟出来，因而为设计这种类型的光波导提供了帮助。
在很多有条件的实验室,已经有很多可行的表面等离子激元光波导被制作出来。
表面等离子体光波导的实现和应用具有重要的意义。
长远来说，它是实现全光回路(OPticalcircuit)的基础"在此基础上人们可以进一步研制集成于金属表面的等离子体反射器、分波器、光开关和成束元件。
3.3 SPPs 纳米光刻技术由于光学衍射极限的存在，传统的光学刻写方法无法刻出超衍射极限的精细结构。