表面等离子体共振（Surface plasmon resonance,SPR）传感技术是近几十年迅速发展起来的一种光学传感技术,以其高灵敏度、免标记、无损伤、实时检测等优点,在生物医学、化学、食品安全检测等领域中得到了广泛的应用。通常来说,表面等离子体共振传感器主要包括强度调制、角度调制、波长调制和相位调制四种方式。由于实际应用中噪声的存在,采用不同的调制方式会导致现有的SPR传感技术呈现不同的分辨率,且受SPR经典调制方法的限制,其灵敏度、分辨率很难再有提升的空间,还会使得成本以及系统复杂性进一步增加。随着科技的飞速发展和人们对健康状况以及生活环境的关注程度逐步提高,对检测技术的要求也越来越高。因此有必要探索基于新原理的SPR传感方法和技术,突破现有SPR传感器的局限性,来扩展其实际应用范围,如较低浓度的痕量检测,甚至可达到少数或者单分子量级的探测水平;拥有较大的动态范围;不仅能测试物质的折射率,还可区分手性分子的绝对构型;同时在实现以上提及条件时,若其制造成本低廉、便携以及操作简易,允许相较于目前更大的加工宽容度,则可极大地促进SPR传感器在实际生活中的应用。本论文将量子弱测量理论引入到SPR传感技术中,利用量子弱测量技术抑制噪声的同时可放大所需信号的独特优势,使SPR传感器的分辨率、动态范围得到改善,同时还可以区分手性分子。基于量子弱测量原理的表面等离子体共振传感器不像传统SPR传感技术对金属膜厚度以及噪声敏感,采用强度调制极大程度上降低了系统的复杂性以及制造成本,同时简易了操作,因此本项工作的开展具有重要的应用前景。本论文将SPR传感技术与量子弱测量原理相结合,再根据几种典型的物质:离子化合物、非手性分子以及手性分子,提出了几种新型的SPR传感方式,并在理论和实验上都进行了较为系统深入地研究,取得如下创新成果:（1）首先提出了基于量子弱测量原理的线偏振光激发表面等离子体共振折射率传感器,其中将线偏振光作为前选择态采用强度调制来监测离子化合物（氯化钠）、非手性分子（酒精）折射率的变化。利用该系统可以准确测出9.8×10-7RIU的折射率变化量,动态范围为10-7～10-5RIU,分辨率比常用的强度调制型SPR传感器性能提高102倍。同时,该装置可以通过CCD相机清晰定量地观测到光子自旋霍尔现象。在理论和实验上验证了随着折射率的增加,光子自旋角动量和轨道角动量的相互作用逐渐减弱,最终这种相互作用变得极其微弱,以至于不再能分辨光子自旋霍尔效应。该系统配置简单,操作简单,成本低廉,相较于复杂的相位调制型SPR传感器更具有实用性和推广性。（2）在实现了对离子化合物、非手性分子折射率的高精度检测之后,又进一步设计和构建了基于量子弱测量原理的椭圆偏振光激发表面等离子体共振折射率传感器,将椭圆偏振光作为前选择态采用强度调制来监测手性分子（葡萄糖、果糖、L-脯氨酸、D-脯氨酸）折射率的变化。利用该系统可以准确读出折射率变化量1.13×10-6RIU,分辨率与基于Mach-Zehnder干涉仪的量子弱测量技术相比提高一个数量级。而通常SPR传感器在金膜修饰的情况下只能测试不具备旋光性的溶液。该系统配置简单,与目前最灵敏的基于相位调制型的SPR传感器相比,操作更简单。为进一步在水溶液中检测蛋白质和DNA等生物分子的检测方法提出了新的思路。（3）因手性分子具有旋光性,根据量子弱测量技术自身特性,设计和构建了基于量子弱测量原理的表面等离子体共振旋光性传感器,手性分子改变前选线偏振态,可用来测量手性分子（葡萄糖、果糖、L-脯氨酸、D-脯氨酸）的旋光角以及识别手性分子。利用该系统测量的旋光角变化量低至2.73×10-4rad,系统分辨率比使用强度调制量子弱测量系统获得的分辨率高一个数量级。通过测量输出光强随手性分子旋光角的变化,可根据强度确定手性分子的绝对构型。本文所提出的传感器不仅丰富了手性传感器的种类,而且填补了传统SPR传感器不能直接检测手性分子的空白。该方法对手性分子的检测具有实时监测和高分辨率的独特优势,同时该系统结构简单、操作简易、成本低廉。综上,精密手性分子检测的特点使其成为一种前途广阔的测量方法,可用于多种生命科学领域,如药物合成、药物分析、立体化学、食品添加剂安全检查等以及其他涉及手性分子的重要应用领域。（4）基于上述研究设计的折射率及旋光角传感器,通过进一步对其进行优化和集成,搭建了基于量子弱测量原理的表面等离子体共振的多参数测量传感器,可以同时测量折射率和旋光角。该系统折射率分辨率比之前采用光强调制量子弱测量系统高三个数量级;利用该系统测量的旋光角分辨率比传统测量方法高一个数量级。该系统还可以通过强度与分子取向的关系来识别手性分子的绝对构型。同时,该传感器实现了简单的线性光路操作,稳定性高,并具有良好的鲁棒性。实现了基于量子弱测量原理的表面等离子体共振技术的多参数测量应用,也丰富了量子弱测量传感器的类型。