[發明專利]基于M-Z干涉結構的古斯漢森位移型SPR傳感器

有效

• 申請號: 201811481736.X
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109470661B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 劉振超;王怡沁;何賽靈
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本發明公開了一種基于M?Z干涉結構的古斯漢森位移型SPR傳感器。本發明包括激光器、偏振分光棱鏡、SPR傳感模塊、分束鏡、平面反射鏡、楔形基板、偏振片、光強探測器。激光經偏振分光棱鏡與平面鏡組后分解為方向一致的TE與TM光，經SPR傳感模塊后，TM光將較TE光有一微小的古斯漢森位移。當攜帶傳感樣品折射率信息的古斯漢森位移量改變時，TM光經M?Z干涉結構后的干涉光強將發生變化。本發明通過將微小的古斯漢森位移量精確轉化為光程差，利用光強探測器探測干涉光強來反應光程差，從而可以提高對微小古斯漢森位移的檢測精度與探測極限，且以TE光作為參考，可提高系統的穩定性以及信噪比。

技術領域

本發明屬于光學傳感領域，涉及一種基于M-Z干涉結構的古斯漢森位移型SPR傳感器。

背景技術

表面等離子體共振(surface plasmon resonance，以下簡稱SPR)是一種金屬物理光學現象。全反射條件下，入射光在全反射界面產生倏逝波，同時將產生古斯漢森位移。所謂SPR現象，指的就是當倏逝波與傳感芯片的表面等離子體波滿足波矢匹配時產生的共振吸收現象。當SPR現象發生時，入射光的能量大部分耦合為表面等離子波，同時伴隨著古斯漢森位移的放大。可將入射光分解為振動方向互相垂直的TM分量與TE分量，一般來說，TE分量無法激發SPR現象，TM分量可以激發SPR現象，從而將古斯漢森位移放大，同時該放大的古斯漢森位移受傳感芯片表面的折射率變化影響極大，從而可以通過檢測TM分量古斯漢森位移的變化量，來實現對傳感芯片表面樣品的折射率的實時檢測。

M-Z干涉儀是一種利用分振幅的方法產生雙光束，從而實現干涉的結構。一般的馬赫-曾德干涉儀由激光光源、兩面分束鏡、兩面反射鏡和光強探測器組成，激光經過第一個分束鏡被分為兩束，兩束光分別經過反射鏡反射后，在第二個分束鏡處合為一束，并發生干涉，由光強探測器探測干涉光強。兩束光的路徑被嚴格分隔，因此干涉光強取決與兩束光傳播的光程差，而路徑中的介質變化信息，如溫度變化帶來的氣體密度的改變，氣流的影響等，都將影響兩個傳播路徑中光行進的光程差，從而最終帶來干涉光強的改變。因此馬赫-曾德干涉儀可以用于實現對光傳播路徑中介質變化信息的傳感。

古斯漢森位移量很小，且檢測液折射率發生變化而引起的古斯漢森位移變化量也很小。為探測古斯漢森位移以及折射率發生變化后的古斯漢森位移變化量，便需要高精度的位置探測器。折射率變化越小，古斯漢森位移變化量越小，對位置探測器的精度要求越高。這便限制了古斯漢森位移型SPR傳感器的應用。據此，本發明基于古斯漢森位移型SPR傳感器，提出一種基于M-Z干涉結構的古斯漢森位移型SPR傳感器將古斯漢森位移變化量轉化為干涉光強變化，提高古斯漢森位移的檢測精度，從而提高古斯漢森位移型SPR傳感器的探測極限。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種基于M-Z干涉結構的古斯漢森位移型SPR傳感器，解決現有技術中對位移探測器精度的要求，增強古斯漢森位移型SPR系統的探測極限。

本發明包括激光器、偏振分光棱鏡、SPR傳感模塊、分束鏡、平面反射鏡、楔形基板、偏振片、光強探測器，激光光源發出的光由偏振分光棱鏡和反射鏡的組合下分為獨立的兩束TM光和TE光，通過SPR傳感模塊后，將古斯漢森位移通過M-Z干涉結構轉化為光程差量，并發生干涉，干涉光通過偏振片后由光強探測器檢測得干涉光強。

更進一步具體實施中，M-Z干涉結構由兩個分束鏡、兩個平面反射鏡和一個楔形基板組成，光束經第一個分束鏡后分振幅為兩束光，其中一束光經過楔形基板后，經過一個平面反射鏡反射，與另一束光經另一個平面反射鏡反射后在第二個分束鏡處合為一束，并發生干涉。

更進一步具體實施中，M-Z干涉結構中分束鏡與平面反射鏡互相平行且都與光束夾角為45°。

更進一步具體實施中，兩面反射鏡相互垂直且與和兩個偏振分光棱鏡的連線夾角為45°。