研究目的
设计并研究一种基于三层包覆微球结构的灵敏、无标记纳米粒子传感器，用于检测单个纳米粒子，旨在通过结构改性提高检测灵敏度。
研究成果
三层包覆微球谐振器通过利用两种不同的回音壁模式（内模和外模），实现了对单纳米颗粒的高灵敏度、无标记检测。调节中间层厚度可提供额外的自由度来增强灵敏度，当模式耦合被打破时外模表现出更优性能。与单层结构相比，该方法在生物传感应用中具有更高的灵活性和潜在的性能提升空间。
研究不足
该研究为理论性和数值性研究，缺乏实验验证。模型假设了简化的纳米颗粒形状和特定材料属性，可能无法完全代表现实条件。溶胶-凝胶法和溅射等制备方法可能引入实际限制。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用基于亥姆霍兹方程和洛伦兹-米理论的模型，通过理论与数值研究分析三层包覆微球的回音壁模式（WGMs）。使用有限差分时域（FDTD）方法进行模拟。
2：样本选择与数据来源：
微球模型具有特定折射率（球体n1=1.452，介质n0=1，高折射率层nA=nC=3.58，低折射率层nB=1.452）和厚度（dA=dC=200 nm，dB在100至600 nm间变化）。纳米颗粒简化为直径d、折射率n2的圆形。
3：452，介质n0=1，高折射率层nA=nC=58，低折射率层nB=452）和厚度（dA=dC=200 nm，dB在100至600 nm间变化）。纳米颗粒简化为直径d、折射率n2的圆形。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：检测系统使用光纤波导（宽度300 nm）、激光器、光电探测器，以及通过溶胶-凝胶法或射频溅射法制备的硅/二氧化硅包覆微球。
4：实验流程与操作步骤：
系统设置波导与微球间距150 nm以实现相位匹配。发射并接收光线激发WGMs，测量纳米颗粒附着前后的共振波长偏移（RWS）。
5：数据分析方法：
通过数值计算和FDTD模拟获取场分布、共振波长及RWS。应用微扰理论推导RWS方程。
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fiber waveguide
Used to excite whispering-gallery-modes in the microsphere resonator by coupling light.
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laser
Emits light for excitation in the detection system.
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photodetector
Receives light to detect resonance wavelengths and shifts.
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microsphere
Serves as the resonator core coated with triple layers for sensing nanoparticles.
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