[實用新型]一種測量Fano共振傳感器檢測極限的裝置

有效

• 申請號: 201821635072.3
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN209400421U
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 黃田野;趙翔
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來

本實用新型公開了一種測量Fano共振傳感器檢測極限的裝置及方法，裝置包括激光器、準直物鏡、偏振器、傳感器、檢偏器、聚焦物鏡和光譜儀，所述傳感器包括耦合棱鏡、Au膜、Cytop膜、TiO₂膜和傳感介質。相對于其它的偏振測量裝置，本實用新型采用表面等離子體極化模式，以及在多層介質中形成的平面波導模式耦合產生Fano共振，進一步提升等離子體傳感器的檢測極限；用一個偏振器代替原來兩個偏振器，結構更為簡單，更重要的是，采用一種測量Fano共振傳感器的方法分析反射光的偏振作用，用偏振函數取代傳統的反射光強度檢測，Fano共振傳感器的檢測極限有了顯著地提高。

技術領域

本實用新型涉及光學領域，具體涉及一種測量Fano共振傳感器檢測極限的裝置。

背景技術

表面等離子體共振(Surface Plasma Resonance，簡寫為SPR)是一種光學物理現象，當入射光的平行波矢量與表面等離子體的傳播常數相匹配時，金屬表面的自由電子能共振和吸收光能，從而導致反射光線的急劇衰減。SPR傳感技術具有基于方便檢測、靈敏度高和實時的優點，被廣泛應用于化學和生物分子檢測。然而金屬引起的插入損耗，導致SPR傳感器的共振峰過寬，因此限制了SPR 傳感器的檢測精度。

在金屬介質界面上產生的表面等離子體極化(SPP)模式，以及在介質多層中形成的平面波導模式(PWG)，通過衰減場的相互疊加作用可以產生Fano共振。基于Fano共振的傳感器同樣可以通過監測反射曲線的變化或共振的位置測量傳感介質的折射率變化，以檢測化學和生物分子的變化。相比于傳統的SPR傳感器，基于Fano共振的傳感器擁有更加尖銳的共振峰，從而獲得更高的精確度和更低的檢測極限。但是由于微型和低成本光譜儀的可用性，大多基于Fano共振的傳感器主要集中在強度檢測上。然而，相位檢測相比于強度檢測能夠提供更低的檢測極限。與傳統的SPR相似，在Fano共振附近也有一個劇烈的相變，這為利用Fano共振的相位信息優化檢測極限提供了可能。

相位信息的檢測，主要是基于干涉測量法，光學外差和偏振測量法。其中，采用偏振測量法要簡單得多，通過對不同偏振角的反射強度進行測量，相位信息可以通過信號處理后獲得。但是相位信息仍然需要通過測量光強度獲得，它們對入射光的強度噪聲非常敏感，從而影響了傳感器的檢測極限；而且入射光的強度需要通過兩個偏振器來控制，測量裝置較復雜。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種測量Fano共振傳感器檢測極限的裝置，僅采用一個偏振器替代原有的兩個偏振器，因此裝置更加簡單；且基于Fano共振，相比于表面等離子體共振傳感器，能獲得更尖銳的共振峰，從而提升了傳感器的性能；用偏振函數替代傳統的反射光強度檢測，具有更低的檢測極限。

為實現上述目的，本實用新型采用了一種技術方案：一種測量Fano共振傳感器檢測極限的裝置，沿光傳播方向上依次包括：激光器、準直物鏡、偏振器、傳感器、檢偏器、聚焦物鏡和光譜儀，所述傳感器從下到上依次包括耦合棱鏡、 Au膜、Cytop膜、TiO₂膜和傳感介質。

所述激光器輸出激光經所述準直物鏡后輸出平行光，所述平行光通過所述偏振器后得到橢圓偏振光，所述橢圓偏振光照射到所述傳感器的所述耦合棱鏡上，透過耦合棱鏡入射面進入所述Au膜反射面并被反射，經耦合棱鏡出射面后出射，由所述橢圓偏振光的p偏振與s偏振分量在所述傳感器里產生相位差，同時在所述耦合棱鏡和Au膜上激發表面等離子體共振模式，在所述Cytop膜、 TiO₂膜和傳感介質激發平面波導模式，表面等離子體共振模式和平面波導模式耦合產生Fano共振光譜，包含所述Fano共振光譜的橢圓偏振光通過所述檢偏器后經所述聚焦物鏡聚焦，由所述光譜儀接收以進行分析處理。

進一步地，所述耦合棱鏡為SF10棱鏡，所述激光器采用波長為632.8nm 的He-Ne激光器。

進一步地，所述Cytop膜的厚度為400-900nm，所述TiO₂膜的厚度為60-130 nm。