專利名稱：一種相位型表面等離子共振傳感器的制作方法
一種相位型表面等離子共振傳感器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光電傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種相位型表面等離子共振傳感器。
技術(shù)背景
光子學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科，自激光發(fā)明以來(lái)，基于光學(xué)檢測(cè)的方法被逐 漸的提出。表面等離子共振傳感器(surface ρlasmon resonancesensor，以下簡(jiǎn)稱SPR傳 感器)就是一種用激光激發(fā)金屬表面等離子體的共振來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行超高精度檢測(cè)的 新型傳感器。
傳統(tǒng)的相位型SI3R傳感器采用馬赫-曾德(Mach-khnder)干涉儀，利用壓電陶瓷 片改變其一個(gè)干涉臂的光程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射激發(fā)光的相位調(diào)制。這種方法對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)穩(wěn)定 性，實(shí)驗(yàn)環(huán)境空氣擾動(dòng)和實(shí)驗(yàn)光路準(zhǔn)直等的要求非常高。為使實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，必須使用高性 能的壓電陶瓷片，其價(jià)格往往非常昂貴。而且壓電陶瓷片重復(fù)定位精度往往在IOOnm以上， 所以其相位調(diào)制重復(fù)性不好。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中相位型sra傳感器傳感穩(wěn)定度差且對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境 要求苛刻的缺點(diǎn)，提出了一種相位型表面等離子共振傳感器。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為
一種相位型表面等離子共振傳感器包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束 器、第一檢偏器、第二檢偏器、第一探測(cè)器、第二探測(cè)器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金 屬調(diào)制器。
激光器發(fā)出的光經(jīng)起偏器后在第一分束器發(fā)生分束，第一次分束中的透射光入射 到金屬調(diào)制器，然后由金屬調(diào)制器回射至第一分束器，并在第一分束器發(fā)生反射，該反射光 經(jīng)第二分束器后發(fā)生分束，第二次分束中的透射光經(jīng)第一檢偏器后到達(dá)第一探測(cè)器；第二 次分束中的反射光經(jīng)過(guò)表面等離子共振棱鏡、第二檢偏器后到達(dá)第二探測(cè)器。
所述的金屬調(diào)制器包括高反鏡、第一金屬反射片、第二金屬反射片、固定架、旋轉(zhuǎn) 平臺(tái)。第一金屬反射片與第二金屬反射片正交設(shè)置在固定架上，固定架與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接， 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能夠帶動(dòng)固定架產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高反鏡所在的平面與入射到金屬調(diào)制器的光束垂 直。進(jìn)入金屬調(diào)制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達(dá)高反鏡。高反 鏡反射光經(jīng)第二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返回。所述的樣品池與表面等離子共 振棱鏡的鍍金斜面壓合在一起。
本發(fā)明中金屬調(diào)制器的原理如下
根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和薄膜理論，激光以入射角θ照射到金屬反射片并被 反射，其P光(平行于入射面的光場(chǎng)分量)和S光(垂直于入射面的光場(chǎng)分量)的相位會(huì) 發(fā)生不同大小的改變，我們稱P光和s光的相位改變值之差為入射角度θ下的金屬相位調(diào) 制角。金屬相位調(diào)制角大小與金屬?gòu)?fù)介電常數(shù)，金屬膜厚度，玻璃基板折射率和入射角θ有關(guān)。當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，通過(guò)改變激光在金屬表面的入射角θ可以控制金屬相位調(diào)制角 的大小。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明中的金屬調(diào)制器利用金屬反射光改變光的相位來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)入射激發(fā)光的調(diào)制，該調(diào)制方法有精確度高，穩(wěn)定性好，可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此本發(fā)明 可以高精度，準(zhǔn)確地檢測(cè)樣品折射率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為金屬調(diào)制器調(diào)制效果圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，一種相位型表面等離子共振傳感器包括激光器1、起偏器2、第一分 束器3-1、第二分束器3-2、第一檢偏器4-1、第二檢偏器4-2、第一探測(cè)器5_1、第二探測(cè)器 5-2、表面等離子共振棱鏡6、樣品池7和金屬調(diào)制器。激光器1發(fā)出的光經(jīng)起偏器2后在第一分束器3-1發(fā)生分束，其中的透射光入射 到金屬調(diào)制器，然后由金屬調(diào)制器回射至第一分束器3-1，并在第一分束器3-1發(fā)生反射， 該反射光經(jīng)第二分束器3-2后發(fā)生分束，其中的透射光經(jīng)第一檢偏器4-1后到達(dá)第一探測(cè) 器5-1 ；反射光經(jīng)過(guò)表面等離子共振棱鏡6、第二檢偏器4-2后到達(dá)第二探測(cè)器5-2。金屬調(diào)制器包括高反鏡8、第一金屬反射片9-1、第二金屬反射片9-2、固定架10、 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。第一金屬反射片9-1與第二金屬反射片9-2正交設(shè)置在固定架10上，固定架10 與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能夠帶動(dòng)固定架10產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高反鏡8所在的平面與入射 到金屬調(diào)制器的光束垂直。進(jìn)入金屬調(diào)制器的光束經(jīng)第一金屬反射片9-1、第二金屬反射片 9-2反射后到達(dá)高反鏡10。高反鏡10反射光經(jīng)第二金屬反射片9-2、第一金屬反射片9-1 后原路返回。樣品池7與表面等離子共振棱鏡6的鍍金斜面壓合在一起。根據(jù)幾何光學(xué)反射定律，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以改變第一金屬反射片上的入射角，而系統(tǒng) 出射光角度不變，總是按照原路返回。這樣，激光在第一金屬反射片和第二金屬反射片上分 別反射了兩次，從而實(shí)現(xiàn)了激光相位的調(diào)制。本實(shí)施例中的金屬反射片，采用真空濺射蒸鍍機(jī)在干凈的生物載玻片上鍍一層金 膜。為了使反射片上的光強(qiáng)損失降低，要求金膜厚度在IOOnm以上。生物載玻片尺寸為 25. 6X76X 1. 2mm。蒸鍍前要在超凈室百級(jí)區(qū)(每立方英尺空氣中直徑大于等于0. 5微米 的塵粒屬小于100個(gè))用脫脂棉蘸取酒精乙醚1 3混合溶液擦洗生物載玻片的蒸鍍面三 遍，并把蒸鍍面朝下放置在干凈的玻璃皿里面。本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，平臺(tái)直徑100mm，重復(fù)性誤差小于 0.005°，最小旋轉(zhuǎn)角度0.00125°，轉(zhuǎn)動(dòng)速度25度/秒，自重1. 5kg，工作電流1.7A。高反 鏡為鍍銀高反鏡，其直徑為40mm，在波長(zhǎng)632. Snm處的反射率95%以上。激光器采用氦氖 激光器。如圖2所示，入射角統(tǒng)一指入射光在第一金屬反射片的入射角，相位調(diào)制角指ρ光 和S光的相位改變之差(圖中的1號(hào)金屬片和2號(hào)金屬片分別對(duì)應(yīng)第一金屬反射片和第二金屬反射片)。
本發(fā)明的一個(gè)創(chuàng)新之處在于采用金膜反射的方式來(lái)調(diào)制激光相位。所鍍金膜采用 濺射蒸鍍法，其均勻性非常好，并可以通過(guò)控制濺射時(shí)間和電流來(lái)調(diào)節(jié)金膜厚度。金的化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易氧化，以金膜作為反射材料的金屬調(diào)制器的使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明另 一個(gè)新穎之處在于使用兩片正交的金屬反射片，在改變?nèi)肷浣堑那闆r下，保證出射光的平 行出射，這樣無(wú)需同步調(diào)整出射光路，非常方便使用。
權(quán)利要求
1. 一種相位型表面等離子共振傳感器，包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、 第一檢偏器、第二檢偏器、第一探測(cè)器、第二探測(cè)器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金屬調(diào) 制器；激光器發(fā)出的光經(jīng)起偏器后在第一分束器發(fā)生分束，第一次分束中的透射光入射到金 屬調(diào)制器，然后由金屬調(diào)制器回射至第一分束器，并在第一分束器發(fā)生反射，該反射光經(jīng)第 二分束器后發(fā)生分束，第二次分束中的透射光經(jīng)第一檢偏器后到達(dá)第一探測(cè)器；第二次分 束中的反射光經(jīng)過(guò)表面等離子共振棱鏡、第二檢偏器后到達(dá)第二探測(cè)器；所述的樣品池與 表面等離子共振棱鏡的鍍金斜面壓合在一起，其特征在于金屬調(diào)制器包括高反鏡、第一金屬反射片、第二金屬反射片、固定架、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；第一金 屬反射片與第二金屬反射片正交設(shè)置在固定架上，固定架與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能夠 帶動(dòng)固定架產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高反鏡所在的平面與入射到金屬調(diào)制器的光束垂直；進(jìn)入金屬 調(diào)制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達(dá)高反鏡，高反鏡反射光經(jīng)第 二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返回。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相位型表面等離子共振傳感器。傳統(tǒng)的相位型表面等離子共振傳感器采用壓電陶瓷位移平臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)相位，其價(jià)格昂貴，且相位調(diào)制的重復(fù)性不好，導(dǎo)致傳感精度受限。本發(fā)明包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、第一檢偏器、第二檢偏器、第一探測(cè)器、第二探測(cè)器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金屬調(diào)制器。金屬調(diào)制器中的第一金屬反射片與第二金屬反射片正交設(shè)置在固定架上，固定架與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，高反鏡所在的平面與入射到金屬調(diào)制器的光束垂直。進(jìn)入金屬調(diào)制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達(dá)高反鏡。高反鏡反射光經(jīng)第二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返同。本發(fā)明可以高精度，準(zhǔn)確地檢測(cè)樣品折射率。
文檔編號(hào)G01N21/41GK102033052SQ20101050386
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者何賽靈, 葉高翱, 羅辰杰, 錢(qián)駿 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)