表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonace，SPR）是光波与金属表面电子相互作用引起的一种物理光学现象。它利用了金属/介质界面处发生全反射时渗透到金属薄膜中的倏逝波激发金属薄膜中的自由电子产生等离子体波。当入射角或波长取某一适当值时，表面等离子体波和倏逝波的频率和波数相等，从而发生共振，入射光被强烈吸收，在反射光谱上出现反射强度最低值。附着在金属表面介质的折射率变化会影响共振峰的位置（共振角度或波长）。基于此技术的传感器具有灵敏度高、检测速度快、样品消耗量少、生物样品无需标记、无损伤等优点，广泛应用于表面检测、生化免疫分析、药物筛选和环境监测等领域，已经成为测量金属/介质界面结构的高灵敏度的光学技术。通常的表面等离子体共振传感器都是对样品进行单通道检测，但单通道检测技术无法满足迅速发展起来的生命科学领域所需求的高通量、大范围生命物质分析的需求。表面等离子体共振成像技术是由表面等离子体共振与CCD图像技术结合的技术，能够跟踪检测单点和多点共振数据，并能实时显示样品图像，这对于生命科学领域的研究有着重要意义。
　　本文采用高数值孔径显微物镜作为耦合元件，进行了表面等离子体共振成像的原理和应用的研究。具体的研究工作包括四个方面：
　　1、搭建了基于高数值孔径显微物镜的表面等离子体共振成像系统。对表面等离子体共振进行理论研究，建立表面等离子体共振的理论模型，分析了模型中各物理量如耦合介质折射率、金属膜材料及厚度对表面等离子体共振的影响规律。使用高数值孔径显微物镜作为耦合元件，在盖玻片镀制金膜制备了成像芯片，结合He-Ne激光器、CCD相机和光学调整架等其他光学元件，搭建了基于显微物镜的表面等离子体共振成像系统。利用632.8 nm He-Ne激光通过物镜的会聚来激发成像芯片产生表面等离子体共振，由CCD相机分别采集后焦面成像信息和样品成像信息。
　　2、利用成像系统进行样品的折射率检测研究。提出了通过表面等离子体共振成像装置检测介质折射率的新方法，这种检测方法不需要传统角度调制装置中的旋转、移动部件，可以实时观测样品后焦面图像、读出并处理数据，避免了机械转动带来的误差。采用全反射方法对显微物镜后焦面进行了角度标定，可以通过后焦面成像的方法对介质折射率进行定量检测。以空气、水和乙醇这三种常见的气体与液体作为被测介质，从物镜后焦面的图像中提取出各自的表面等离子体共振数据，获得有关折射率的共振角变化，从而计算出各介质的折射率。
　　3、基于狭缝扫描的表面等离子体共振成像研究。提出了基于狭缝扫描对样品进行SPR成像的新方法。由狭缝限制光束入射角，调整狭缝在某一位置，可以获得该位置对应入射角度下的样品图像，不同的入射角度会产生不同对比度的图像。通过狭缝的移动扫描，实现了对样品在一定角度范围的角度调制，可采集到随入射角变化的样品图像。实验中对氮化硅光栅样品进行成像，采集到一系列不同入射角的扫描样品渐变图像，在合适的角度，图像具有最大的对比度。
　　4、获得样品的共振角谱图。提出了获得样品共振角谱图的方法。通过狭缝的微移，CCD共采集了随入射角变化的230帧样品图像，对于样品图像中的每一个像素点，从230帧图像中提取出该点的表面等离子体共振曲线。将各曲线的共振角值提取出来，按各像素点的位置重构出二维、三维的共振角谱灰度图。由于共振角谱灰度图是以样品各点共振角差别作为对比，对于有微小折射率差的样品分辨更为清晰，此方法消除了反射率波动对成像的影响，大大提高了图像对比度与清晰度。该方法不再是从反射光的角度，而是从折射率角度去观察被测物的微观形貌，将会是非常有潜力的显微技术。