1.2.3 光栅耦合

光栅耦合SPR装置是另一种用于激发SPW的耦合装置，如图1.6所示。

光栅耦合SPR装置的原理是：当光从介质入射到金属光栅时，由于光栅的周期性结构而发生衍射，会形成图1.6所示的不同能级的衍射光波。不同能级的衍射光波沿金属-介质界面的波矢分量不同，如果某一能级的上述波矢分量与金属-介质界面的SPW的波矢相匹配，则这一能级的光波就能激发SPW，产生SPR现象。根据这个原理，光栅耦合SPR装置产生SPR现象的波矢匹配条件如下：

式中，λ 为入射光波的波长；nd为介质的折射率；Λ 为光栅的周期长度；m 为光栅衍射光的级数；θ为入射角。

图1.6 光栅耦合SPR装置

虽然光栅耦合SPR装置能大量生产，材料来源也较广泛（如塑料），且光栅耦合也是比较常用的耦合技术，但由于光栅的设计和制作工艺要求高，光栅耦合SPR装置不如棱镜耦合SPR装置使用广泛。Dostalek J等人介绍了基于光栅阵列的角度扫描检测方法，当一束单色光波通过圆柱透镜以接近90°的角度入射光栅时，反射光会通过该透镜转换成平行光束入射到二维电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD），当入射光通过移动分光器和圆柱透镜时，会同时入射到不同列的光栅芯片上，该装置折射率的分辨率为5×10-6RIU[24]。Telezhnikova O等人介绍了一种基于光谱和衍射光栅法的传感器和测量方法，一束准直复色光波入射到衍射光栅，一部分入射光经二阶衍射会激发金属-介质界面的SPW，另一部分入射光通过一阶衍射被发散，根据入射光的不同波长并针对不同区域摆放的敏感探测器，观察单一频谱的衍射光，折射率的分辨率可达3×10-7RIU[25]。

与常用的Kretschmann装置相比，光栅耦合SPR装置的优点是不需要严格控制金属层的厚度，对制备金属光栅的衬底要求也不高，而且生产材料来源广泛；缺点是因为光波是从介质入射到光栅激发SPW的，所以盛放介质的孔道必须是透明的。