[發明專利]基于P偏振光的棱鏡SPR傳感器檢測系統

無效

• 申請號: 200910028416.3
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101477045A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（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

技術領域

本發明涉及一種將偏振分光棱鏡分光特性與棱鏡SPR傳感器檢測術結合在一起的新型棱鏡SPR傳感器系統，它有效提高了該類傳感器的檢測精度，可應用于折射率、溫度等各種參數的精確測量。?

背景技術

偏振分光棱鏡(PBS，Polarization?Beam?Splitter)最早由麥克納爾(S.MaoNeille)提出，并首先由貝寧(M.Banning)實際制備。它的設計原理是尋找這樣一個入射角，使之對于兩種不同折射率的界面滿足布儒斯特角，在這樣的條件下，P偏振光的反射完全消失。這兩種材料能夠交替疊加構成多層膜堆，而對P偏振光不產生任何反射。對于實際的薄膜材料，這個條件只有當光線從一高折射率介質入射到多層膜上時才能實現。因此，通常將多層膜校核在玻璃棱鏡中間，并通過選擇材料種類使得兩種材料在滿足折射定律的同時對P偏振光的有效折射率相等。同時疊加出了有效厚度為四分之一波長的多層膜堆，以保持對S偏振光的高反射性。為了PBS的分光效果能適應于更寬的波長帶寬，還能在兩種材料之間增鍍一層折射率適中的材料層，或者增加兩種材料中任一種材料的厚度。目前，PBS由于其低廉的價格和良好的分光性能被廣泛應用在各種光電儀器之中。最典型的應用就是在液晶電視的影像投影中，通過PBS得到了高偏振度的偏振光，改善了對比度性能。?

SPR(Surface?Plasmon?Resonance，表面等離子體波共振)效應是由光波與金屬電子相互作用而引起的一種光電子現象。表面等離子體波(SPW，SurfacePlasmon?Wave)是沿著金屬和電介質之間界面傳播的電磁波形成的。當光入射到基體與金屬交界面之上，并發生衰減全反射時，倏逝光波與SPW發生耦合。若沿界面的光波矢量分量與SPW的矢量分量相等，則發生SPR現象，入射光能量被大量吸收，致使反射光能量顯著減少。此時入射光的入射角叫做共振角，入射光波?長叫做共振波長。?

由于SPR對金屬表面電介質的折射率非常敏感，因此一系列基于SPR效應的傳感器應運而生，其中棱鏡SPR傳感器發展最為成熟，應用最為廣泛。該傳感器主要采用基于Kretschmann結構的棱鏡形式(見附圖2)，此形式1968年由德國學者Kretschmann在“Radiative?decay?of?non-radiative?surface?plasmons?excited?bylight”一文中首先提出。傳感器組成為：等腰直角棱鏡(10)的底面上涂鍍一層金屬膜(11)，金屬膜外有樣品池(12)來裝載待測液體樣本。?

棱鏡SPR傳感器檢測系統主要有角度調制、相位調制、強度調制和波長調制四種調制形式，四種方式都有著普遍的應用。1988年由Zhang等人組建了第一套基于波長調制方式的棱鏡SPR傳感器系統，檢測了丙酮水溶液的折射率變化情況，該文章并發表在Electro.Lett期刊上。其檢測系統組成為：白光光源(13)發射出來的光經由凸透鏡(14)匯聚后照射在棱鏡SPR傳感器(15)上，出射光再經由凸透鏡(16)耦合入多模光纖(17)，并傳導到與多模光纖(17)相連的光譜儀(18)之內，光譜儀(18)通過數據線與計算機(19)相連。?

上述檢測系統組成形式能夠實現一定程度上的折射率檢測，但是由于所用的激發SPR效應的光源中同時存在有效部分P偏振光和無效部分S偏振光，所以使得共振光譜曲線波谷半波寬度過寬，谷底過于平坦。而所要檢測的共振波長是對應于谷底最低點，即共振強度最小點的。這樣，谷底過于平坦勢必影響最小共振強度點的確定，從而影響了共振波長的檢測，也嚴重影響了波長調制型棱鏡SPR傳感器的檢測精度。?

發明內容

本發明的主要目的在于克服傳統基于波長調制的棱鏡SPR傳感器檢測系統共振波谷半波寬度過寬的缺點，提供一種方便快捷且檢測精度高的單P光分量棱鏡SPR傳感器檢測系統的實現方法。同時針對光源帶寬范圍和分光比要求，采用了自行設計的棱鏡材料和多層膜系，克服了常用偏振分光棱鏡帶寬不適合該棱鏡SPR傳感器檢測系統的不足。?

一種基于P偏振光的棱鏡SPR傳感器檢測系統，依次由光源、第一多模光纖、棱鏡SPR傳感器、凸透鏡、通過第二多模光纖接受上述凸透鏡傳來光線的光譜儀與上述光譜儀相連的計算機組成，其特征在于：在上述光源與棱鏡SPR傳感器之間還設有分光帶寬為400nm-1000nm的偏振分光棱鏡。