[發明專利]用于檢測折射率的ghSPR傳感器及檢測方法

有效

• 申請號: 201710779576.6
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107703103B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 何賽靈;王怡沁;江麗;佟金廣
• 申請（專利權）人: 蘇州優函信息科技有限公司
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

技術領域

本發明屬于SPR光學傳感領域，涉及一種基于測量古斯-漢森位移的SPR傳感器及檢測方法。

背景技術

表面等離子體共振傳感器(surfaceplasmonresonancesensor，以下簡稱SPR傳感器)是一種高精度折射率傳感器。基于棱鏡耦合結構的SPR傳感器有兩大類：(1)基于光強型SPR傳感器：通過檢測p偏振光光強的變化作為檢測折射率變化的物理量；(2)基于相位型SPR傳感器：通過將p偏振光反射前后相位變化量作為SPR傳感相位信息，實現對折射率的高精度檢測。傳統的基于光強型SPR傳感器的檢測靈敏度較低，而基于相位型SPR傳感器的光學檢測系統很復雜，不利于產業化的儀器生產。本發明提出了一種基于古斯-漢森位移的SPR傳感器(Goos-shift surface plasmon resonance sensor，以下簡稱ghSPR傳感器)，其通過檢測古斯-漢森位移(Goos-以下簡稱GH位移)，具有光學系統簡單，同時傳感靈敏度高的特點。

利用SPR原理傳感時，激發光在SPR傳感面上發生能量耦合，倏逝波能量增大，使得反射光p偏振光光強會大幅度減小，而且相位會發生劇烈變化。相位的突變會大幅度增強GH位移。經過增強的GH位移量一般為微米量級，可以利用位移探測器直接進行測量。GH位移量與經過SPR傳感面的反射光相位變化直接相關，因此GH位移的檢測方式具有很高的傳感靈敏度，而且具有較為簡單的光學傳感系統。

發明內容

1、發明目的。

本發明提出了一種用于檢測折射率的ghSPR傳感器及檢測方法，以提高傳感靈敏度。

2、本發明所采用的技術方案。

本發明提出的用于檢測折射率的ghSPR傳感器，激光器、偏振分光棱鏡、斬光器、分光棱鏡、SPR傳感棱鏡、位移探測器；激光器發出的光通過偏振分光棱鏡后分為p偏振光和s偏振光；

p偏振光依次經過斬光器和分光棱鏡后到達SPR傳感棱鏡；s偏振光依次經過多級反射鏡反射回分光棱鏡后到達SPR傳感棱鏡，其中多級反射鏡反射光程中通過斬光器；

斬光器控制p偏振光和s偏振光只有一種偏振光通過，SPR傳感棱鏡背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通過的偏振光在棱鏡背面的金膜上反射后到達位移探測器。

更進一步具體實施方式中，所述的多級反射鏡包括反射鏡A、反射鏡B；s偏振光依次經過反射鏡A、斬光器、反射鏡B反射回分光棱鏡后到達SPR傳感棱鏡。

更進一步具體實施方式中，s偏振光和p偏振光均垂直入射至偏振分光棱鏡、分光棱鏡，反射鏡A和反射鏡B入射光的夾角均為45°。

更進一步具體實施方式中，所述的通過的偏振光在棱鏡背面的金膜上反射后到達位移探測器，兩種偏振光經過SPR傳感棱鏡反射后其相位變化分別可表示為：

其中為s光相位變化，為p光相位變化，θ為偏振光入射至金膜時的入射角，θ_c為全反射臨界角，ε_d為高折射介質的介電常數，ε₀為真空介電常數。

更進一步具體實施方式中，計算系統的GH位移量可具體表示為下式：

其中δ為穿透深度β為傳輸常數，k₀為真空中波矢。

本發明提出的一種用于檢測折射率的ghSPR傳感器檢測方法，按照如下步驟進行：

步驟一搭建傳感器光學系統：

激光器發出的光通過偏振分光棱鏡后分為p偏振光和s偏振光；p偏振光依次經過斬光器和分光棱鏡后到達SPR傳感棱鏡；s偏振光依次經過多級反射鏡反射回分光棱鏡后到達SPR傳感棱鏡，其中多級反射鏡反射光程中通過斬光器；

斬光器控制p偏振光和s偏振光只有一種偏振光通過，SPR傳感棱鏡背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通過的偏振光在棱鏡背面的金膜上反射后到達位移探測器。

步驟二調整光路至SPR條件：

用注射器向微流芯片內注射水，旋轉斬光器，使得p偏振光能到達SPR傳感棱鏡。用光強傳感器探測SPR傳感棱鏡反射的光強，慢慢旋轉棱鏡。當光強傳感器檢測出的光強為最小時，p光入射至SPR傳感棱鏡時的入射角滿足SPR條件。

步驟三標定傳感器：

配制一定濃度梯度的甘油水溶液，分別注入微流芯片。每次實驗時，旋轉斬光器使得位移傳感器可分別測得p光位置以及s光位置，兩者距離為此次實驗的GH位移量。多次實驗，作液體濃度-GH位移圖，完成標定。

步驟四實際檢測：