《Optics & Laser Technology》：Advances in Fano resonance-based metal–insulator–metal plasmonic sensors: mechanisms, applications, and future perspectives
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Fano共振在金属-绝缘体-金属波导传感器中的应用展现出超高灵敏度（>1000 nm/RIU）和优异的费米子数（FoM＞10^4），其核心原理源于量子干涉效应，可检测生物分子、化学和环境变化。研究涵盖材料选择、加工精度、传感器设计（ stub pairs/grooves/rings）及多领域应用，并探讨机器学习优化、TiN/石墨烯等新材料集成等前沿方向，同时指出制造公差和集成化挑战。
周元凤
文莱达鲁萨兰大学先进材料与能源科学中心，Jalan Tungku Link, Gadong BE1410, 文莱达鲁萨兰
摘要
Fano共振以其独特的非对称光谱线形状为特征，源于狭窄的离散模式与宽连续模式之间的量子干涉。当这种共振在等离子体金属-绝缘体-金属（MIM）波导中被设计出来时，会产生超锐利的传输特性，对局部介电环境的微小变化极为敏感。这一独特属性使得Fano共振MIM结构成为一种强大的无标记、片上折射率传感平台，其应用已涵盖生物分子检测、化学分析和环境监测等领域。本文全面总结了这一快速发展的领域的最新进展。我们深入探讨了控制MIM系统中Fano共振产生的基本物理机制，并系统地分类了用于激发这些共振的各种谐振器几何结构——包括短棒对、沟槽和环形谐振器。文中还详细比较了它们的性能，重点介绍了那些实现了超高灵敏度（>1000 nm/RIU）和优异性能指标（超过10^4）的传感器。此外，我们进一步探讨了这些传感器在现实应用中的前景，并讨论了定义该领域未来的新兴趋势。这些趋势包括多频段和多路复用传感架构的开发、采用氮化钛（TiN）和石墨烯等替代CMOS兼容材料，以及利用机器学习技术进行逆向设计和性能优化。最后，我们概述了与制造公差和集成相关的挑战，并对可扩展、多功能等离子体传感芯片的未来发展路径提出了展望。本综述旨在为高性能、可扩展和可调谐的等离子体传感平台的设计提供指导。
章节摘录
MIM等离子体传感器中的Fano共振简介
对光子传感微型化和灵敏度提升的不懈追求推动了该领域向纳米尺度光操控平台的发展[[1], [2], [3], [4]]。表面等离子体极化子（SPPs）是导体与绝缘体界面处的电子-光子混合振荡，能够实现超越衍射极限的光限制[[5], [6], [7], [8], [9], [10]]。在众多等离子体波导几何结构中，金属-绝缘体-金属（MIM）结构...
MIM波导中Fano共振的物理机制
Fano共振传感器的卓越灵敏度源于一种独特的量子-机械干涉现象。本节首先将其与常规共振进行比较，接着对Fano光谱线形状进行数学描述，最后对用于在MIM平台中实现这一效应的谐振器架构进行了分类。
传感器性能指标与分析
Fano共振MIM传感器的优越性能通过一系列关键性能指标来量化。深入理解这些指标对于评估和比较不同传感器设计以及为特定应用选择合适的架构至关重要。
材料与制造
Fano共振MIM传感器从理论概念转化为实际设备的过程，关键取决于材料的选择和制造技术的精度。这些因素直接决定了光学性能、操作稳定性以及集成和商业化的潜力。
Fano共振MIM传感器的应用
Fano共振MIM传感器的卓越灵敏度和尖锐的光谱特性使其成为各种传感应用的强大工具。它们的工作原理基于检测目标分析物结合或环境变化引起的局部折射率的微小变化。Karimi等人开发的X形等离子体开关[109]就是一个基于Fano效应的全光开关的示例，该开关设计紧凑，可在电信波长下工作，且
新兴趋势、当前挑战与未来方向
Fano共振MIM传感器领域发展迅速，研究正从基础演示向高级功能和实际集成方向推进。在本节中，我们概述了塑造技术未来的前沿趋势，并讨论了实现实际应用过程中面临的重大障碍。
结论与未来展望
基于Fano共振的金属-绝缘体-金属等离子体传感器代表了无标记光子传感领域的范式转变，提供了超高灵敏度、优异的性能指标以及紧凑的片上布局。在本综述中，我们阐明了MIM波导中离散暗模式与辐射连续模式之间微妙干涉产生的尖锐非对称Fano光谱线形状背后的基本原理。我们调查了...
CRediT作者贡献声明
周元凤：撰写——综述与编辑、撰写——初稿、项目管理、方法论、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
