[發明專利]一種導模共振傳感器的折射率檢測方法

在審

• 申請號: 202010065434.5
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111141705A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 錢林勇;朱雯;李海濤;閆長春
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 湯金燕

本發明涉及一種導模共振傳感器的折射率檢測方法，檢測時將線偏振光傾斜入射到導模共振傳感器上，探測器接受透射光。傾斜入射下，透射光譜上會出現兩個導模共振峰，當入射角θ逐漸增大時，短波峰會發生藍移，長波峰會發生紅移。入射角等于或大于特定值時，藍移的共振峰波長值等于或小于光柵周期值，認為是非亞波長入射條件。非亞波長入射條件下，將短波峰與長波峰之間的波長差作為檢測量，測量樣品折射率變化前后波長差的變化量，波長差的變化量與折射率變化量之間的比值，就是這種傳感器的靈敏度。此方法能夠有效提高此類傳感器在檢測液體或氣體折射率變化時的靈敏度。此外，本發明涉及的光柵周期更大，有效降低了傳感器的制作難度。

技術領域

本發明涉及光學傳感器領域，尤其涉及一種導模共振傳感器的折射率檢測方法。

背景技術

基于微結構局域電場與傳感介質相互作用的生物傳感被證明是一種高靈敏度的檢測方法。例如，表面等離子共振使用金屬-電介質界面上傳播表面的。由于共振光子的耦合條件，這些傳感器對周圍材料的折射率變化很敏感。傳統SPR傳感器體積較大，因為它們通常需要一個棱鏡來激發等離子體。基于納米金屬結構的局域表面等離子共振傳感器似乎更為合適。但是，這種傳感器的固有損耗會降低其性能。并且，這種傳感器也可以在介質波導中構建。

在基于介質材料的微結構生物傳感器中，基于導模共振效應的全介質生物傳感器因其結構簡單，不需要單獨的耦合單元，引起了人們很大的興趣。當周圍介質的折射率改變時，共振波長發生移動。導模共振傳感器將表面附著樣品的折射率變化轉變為透射光譜或反射光譜中的共振峰移動。這種帶寬很窄的共振峰可以通過高分辨率的光譜分析儀測得。將導模共振結構作為主要生物傳感器件，搭建光學檢測系統，可實現生物樣品的無標簽檢測。在導模共振傳感器中，提高波長對樣品折射率變化的靈敏度是提高這種傳感器性能的重要途徑。增強導模共振傳感器的靈敏度的方法較多，比如可結合金屬層、低折射率材料基板和納米棒等。然而，這些方法大多基于雙或多層導模共振結構，或者必須與其他微結構結合，這導致制造過程復雜。因此，迫切需要一些簡單的方法來實現靈敏度的增強，而這方面的研究較少，在相關的專利文獻方面，如中國發明專利案(公開號CN102317787A)，只說明了各種適體配體等生化反應對共振峰的改變；(公開號CN103969185A)說明了光源在正入射時對整個系統檢測靈敏度的影響。而實際上光源在斜入射下會影響導模共振傳感器對折射率變化的靈敏度。

由此可見，傳統的導模共振傳感器折射率檢測方案，往往存在靈敏度低的問題。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種導模共振傳感器的折射率檢測方法。

為實現本發明的目的，提供一種導模共振傳感器的折射率檢測方法，包括如下步驟：

將測量對象放置于導模共振傳感器的光柵表面，其中，所述導模共振傳感器包括：光柵層、波導層和基底；

將線偏振光以設定角度θ傾斜入射到測量對象表面，使線偏振光穿過所述導模共振傳感器變成透射光射出；

將所述透射光導入光譜儀得到透射光譜，所述光譜儀讀取所述透射光譜得到兩個共振峰，所述光譜儀提取所述兩個共振峰的波長差λ；

檢測系統獲取所述測量對象的折射率在設定時間段初始時刻和設定時間段終止時刻之間的折射率變化值Δnc，以及所述兩個共振峰的波長差λ在設定時間段初始時刻和設定時間段終止時刻之間的波長差變化值Δλ；

根據所述測量對象的折射率變化值Δnc和所述波長差變化值Δλ確定靈敏度S。

其中，所述靈敏度S的確定過程包括：S＝Δλ/Δnc。

其中，所述設定角度θ大于等于37.25度。

其中，將所述線偏振光以設定角度θ傾斜入射到測量對象表面，使線偏振光穿過所述導模共振傳感器變成透射光射出之前，還包括：所述線偏振光通過用復色光源準直后，經過起偏器獲得。