折射率传感提供了一种无标记、低成本的单纳米颗粒检测方案。提高光腔的品质因子或者压缩模式体积能够促进光和物质相互作用,进而提高折射率传感器的灵敏度。等离激元传感器的模式体积打破了衍射极限,已被广泛地用于增强光和物质的相互作用。由于亚波长纳米孔的透射光强对于局域折射率的变化非常敏感,基于金属纳米孔结构的等离激元传感器为检测单个纳米颗粒以及包括病毒、蛋白质、核酸和其它生物粒子提供了一种灵敏的,低背景的无标记传感平台。目前,等离激元纳米孔传感器实现了与光镊的结合,能够准确的将单个粒子隔离在传感热点处并且研究种群的异质性。这类传感器在诸如疾病诊断和生物医学研究等多种领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用折射率传感检测单个光学捕捉的纳米颗粒时,检测信号的信噪比通常较低,这主要是由于仅仅利用了透射光的强度信息。本文提出把光学天线的方向性检测和光镊的稳定捕捉结合起来,通过监测等离激元纳米天线辐射方向性,实现对单个20 nm二氧化硅颗粒的探测。对于工作在临界状态的纳米天线,在热点处捕捉的粒子会导致其远场辐射方向性的剧烈变化,从这个变化中可以分析纳米天线周围的局域折射率变化,并且通过搭建光镊与后焦面成像的集成测试系统可以实现这一探测方案。相较于传统的仅探测透射强度的纳米孔传感器,提取的探测信号多了一个维度—相位,通过分析探测信号的强度和相位两个维度的信息,探测信号的信噪比得到了明显的提升。结果表明,该方案的传感信号信噪比可以达到20,相对于仅利用强度探测方案的信噪比提高了一个数量级,实现了在不增加系统复杂度的情况下,对单个纳米颗粒无标记高信噪比的检测。未来该方案的进一步发展可能会利用一个类似四象限探测器的平衡探测系统来探测后焦面的信息,用来进一步减少来自激光光源和环境背景的噪声,同时提高采样速率实现高速探测。