[發(fā)明專利]一種無相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位型SPR傳感系統(tǒng)及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010117870.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN111323390A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何賽靈;王怡沁;劉振超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/552;G01N21/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開了一種無相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位型SPR傳感系統(tǒng)及應(yīng)用。所述的相位型SPR傳感系統(tǒng)，包括入射角調(diào)節(jié)裝置、SPR傳感模塊、分光片、偏振片、成像鏡頭、CCD；擴(kuò)束光激發(fā)SPR傳感模塊產(chǎn)生SPR現(xiàn)象，出射光攜帶有相位信息，經(jīng)兩個(gè)分光片被分解為三路，三個(gè)光路分別經(jīng)偏振片、成像鏡頭后，由CCD檢測(cè)p偏振光、s偏振光及其45°偏振干涉光強(qiáng)。角度調(diào)節(jié)裝置根據(jù)出射p光光強(qiáng)來調(diào)節(jié)入射角至使p光光強(qiáng)最小值的SPR角，之后根據(jù)三個(gè)CCD檢測(cè)到的光強(qiáng)提取相位信息。本發(fā)明采取入射角調(diào)節(jié)裝置提高了相位型SPR傳感器的角分辨率，同時(shí)基于偏振干涉法分別檢測(cè)兩種偏振光及其偏振干涉光強(qiáng)來提取相位信息，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性、高造價(jià)低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)傳感領(lǐng)域，涉及一種無相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位型SPR傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

相位型SPR傳感器利用表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)現(xiàn)象反射光相位對(duì)電介質(zhì)折射率產(chǎn)生靈敏地響應(yīng)的原理，對(duì)折射率進(jìn)行高靈敏度傳感。光的頻率高無法直接探測(cè)到，傳統(tǒng)相位型SPR傳感器通過引入復(fù)雜的光路或者相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)反射光相位的提取。正因?yàn)閭鹘y(tǒng)相位型SPR傳感器對(duì)相位信息的提取的光路復(fù)雜度高或引入相位調(diào)制器穩(wěn)定性低，導(dǎo)致傳統(tǒng)相位型SPR傳感器至今難以產(chǎn)業(yè)化。因而簡(jiǎn)化相位型SPR傳感器光路是其產(chǎn)業(yè)化需要克服的一個(gè)難點(diǎn)。此外傳統(tǒng)相位型SPR傳感器的角度分辨率低，不能準(zhǔn)確的將入射角調(diào)節(jié)至SPR共振角，這影響了系統(tǒng)的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種無相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位型SPR傳感系統(tǒng)及應(yīng)用，其無需引入相位調(diào)制結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的光路，同時(shí)設(shè)計(jì)角度調(diào)節(jié)裝置提高系統(tǒng)的角分辨率以提高系統(tǒng)分辨率。此外，系統(tǒng)利用定義的比值相位代替相位對(duì)折射率進(jìn)行傳感，可達(dá)到同以量級(jí)的分辨率。

本發(fā)明公開了一種無相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位型SPR傳感系統(tǒng)，包括入射角調(diào)節(jié)裝置、SPR傳感模塊、分光片、偏振片、成像鏡頭、CCD。

擴(kuò)束光激發(fā)SPR傳感模塊產(chǎn)生SPR現(xiàn)象，出射光攜帶有相位信息，經(jīng)兩個(gè)分光片被分解為三路，三個(gè)光路分別經(jīng)偏振片、成像鏡頭后，由CCD檢測(cè)p偏振光、s偏振光及其45°偏振干涉光強(qiáng)。角度調(diào)節(jié)裝置根據(jù)出射p光光強(qiáng)來調(diào)節(jié)入射角至使p光光強(qiáng)最小值的SPR角，之后根據(jù)三個(gè)CCD檢測(cè)到的光強(qiáng)提取相位信息。

更進(jìn)一步具體實(shí)施中，所述的SPR傳感模塊包括SPR傳感芯片和等腰直角棱鏡。

更進(jìn)一步具體實(shí)施中，所述的角度調(diào)節(jié)裝置包括兩個(gè)直角棱鏡和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其中一個(gè)直角棱鏡耦合有SPR傳感芯片組成SPR傳感模塊，兩個(gè)直角棱鏡組合成平行四邊形結(jié)構(gòu)；傳感芯片的中軸線位于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心。

更進(jìn)一步具體實(shí)施中，出射光路被兩個(gè)分光片分解為三路，三路光路由三組相同的成像鏡頭和CCD對(duì)SPR傳感芯片進(jìn)行成像，成像鏡頭和CCD之間放置偏振片，通過控制三路偏振片的角度使得三個(gè)光路分別為檢測(cè)p光的光路、檢測(cè)s光的光路和檢測(cè)其偏振干涉光強(qiáng)。

更進(jìn)一步具體實(shí)施中，角度調(diào)節(jié)裝置通過出射光路中檢測(cè)到的p光光強(qiáng)的大小來調(diào)節(jié)入射角，直至滿足p光光強(qiáng)達(dá)到最小值；

出射光路的三個(gè)分光路分別檢測(cè)p光、s光及其45°偏振干涉光強(qiáng)后，分別計(jì)算反射率k_p、k_s和k_i，定義的比值相位ψ計(jì)算公式為：

在一定范圍內(nèi)，比值相位ψ是折射率的單調(diào)函數(shù)，可以通過采用已知折射率的物質(zhì)對(duì)傳感系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定或者仿真得到ψ為折射率的單調(diào)函數(shù)的區(qū)間。

本發(fā)明的有益效果