[發(fā)明專利]基于P偏振光的棱鏡SPR傳感器檢測系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910028416.3
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101477045A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 曾捷;梁大開;趙志遠;張曉麗;萬艷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/43
• 分類號: G01N21/43
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

1.一種基于P偏振光的棱鏡SPR傳感器檢測系統(tǒng)，依次由光源(1)、第一 多模光纖(2)、棱鏡SPR傳感器(4)、凸透鏡(5)、通過第二多模光纖(6)接 受上述凸透鏡(5)傳來光線的光譜儀(7)、與上述光譜儀相連的計算機(9)組 成，其特征在于：在上述光源(1)與棱鏡SPR傳感器(4)之間還設有分光帶 寬為400nm-1000nm的偏振分光棱鏡(3)；該分光帶寬為400nm-1000nm的偏振 分光棱鏡(3)的具體組成是：兩塊直角等腰棱鏡(20、21)底面貼合，組成一 個立方體，貼合面中間增鍍分光膜系(22)，該膜系由一種折射率較大的材料(23) 及一種折射率較小的材料(24)交替鍍制而成；

上述直角等腰棱鏡折射率為n_S，大折射率為n_H，小折射率為n_L，大折射率 材料的厚度為d_H，小折射率材料的厚度為d_L；以H代表大折射率材料，L代表 小折射率材料，膜系疊放順序依次為：設膜系總層數(shù)為N層，N為大于1的奇 數(shù)，按照λ/4膜堆的形式H/L交替共疊放(N-1)層，其中H和L各(N-1)/2 層，H再疊放1層；其中n_S、n_H和n_L根據(jù)布儒斯特角條件和P偏振光反射強度 為零的條件確定；其中d_H和d_L通過設計波長帶寬的中心波長及展寬帶寬要求確 定；并通過觀察P偏振光和S偏振光的透射率隨膜系總層數(shù)變化的情況，尋找 使得P偏振光透射率幾乎為1，S偏振光透射率幾乎為0的N，將此數(shù)值確定為 最佳膜系總層數(shù)N_優(yōu)；

具體采用膜層厚度按照幾何倍數(shù)遞增的方式來用兩種材料實現(xiàn)400nm～ 1000nm范圍內的分光：先選定中心波長為800nm設計λ/4膜堆，從而實現(xiàn)600～ 1000nm范圍內的分光；然后將該膜系按照幾何遞增方式擴展，擴展后各層厚度 為q^N-1·d，N是膜系總層數(shù)，d是所鍍層的基礎厚度，選定q＝0.97， d_H＝d_L＝800/4nm＝200nm，則各層厚度為0.97^N-1·200nm；然后從3不斷增加 N的值，按照公式①和公式②計算P偏振光和S偏振光在400nm～1000nm范圍 內的透射率，直到某一個N使得T_P≈1，同時T_S≈0；則此時的膜系總層數(shù)N即 為最佳膜系總層數(shù)N_優(yōu)；

當光線從一種折射率為n₁的介質入射到另一種折射率為n₂的介質時，P偏振 光和S偏振光的透射率分別表示為：

公式①：TP=1-(n1cosθ2-n2cosθ1n1cosθ2+n2cosθ1)2]]>

公式②：TS=1-(n1cosθ1-n2cosθ2n1cosθ1+n2cosθ2)2]]>

上兩式中，θ₁和θ₂分別表示在折射率為n₁和n₂的兩種介質中光線與入射界 面法線的夾角。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于P偏振光的棱鏡SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特 征在于：上述大折射率和小折射率鍍膜材料分別為ZnS和MgF₂，折射率分別為 2.281和1.376；上述直角等腰棱鏡材料折射率為1.65，選用ZF1重火石玻璃； 上述N_優(yōu)為21，各層厚度依次為200nm、194nm、188.18nm、182.53nm、177.06nm、 171.75nm、166.59nm、161.60nm、156.75nm、152.05nm、147.48nm、143.06nm、 138.77nm、134.61nm、130.57nm、126.65nm、122.85nm、119.17nm、115.59nm、 112.12nm、108.76nm。