[發明專利]折射率傳感裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202010564044.2
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111678892B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 談宜東;代宗仁
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/01
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本申請涉及一種折射率傳感裝置及測量方法，當所述第一激光光束和所述第二激光光束經過差分移頻，回到所述激光器并與所述激光器內的原光場發生干涉，調制所述激光器的輸出功率得到調制光束。該過程會存在一個10⁶量級的增益放大，使微弱的回饋信號也能擁有足夠的調制深度，依然可用于測量，這便是微片激光器移頻光回饋具有高靈敏度的原因。因此便于精確地從調制光束中檢測所述第一激光光束的光強或相位和所述第二激光束的光強或相位，而通過所述第一激光光束和所述第二激光光束的光強變化或相位變化可以反應所述待測介質折射率變化，因而可以提高對待測介質折射率變化測量的靈敏度和分辨率。

技術領域

本申請涉及測量領域，特別是涉及一種折射率傳感裝置及測量方法。

背景技術

表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)，屬于一種物理光學現象。入射光由光密介質入射到光疏介質發生全反射時，入射光并非立即反射回光密介質，而是進入到光疏介質，形成倏逝波。根據麥克斯韋方程組，當兩種介質之間存在金屬薄膜或二維材料薄膜時，p偏振態的激光與薄膜材料層中的自由電子相互作用產生表面等離子體波(Surface Plasmon Wave,SPW)，從而在薄膜材料層激發SPR，其傳播常數取決于周圍介質的折射率。s偏振態的激光無法與薄膜材料層中的自由電子相互作用產生SPW，從而不能在薄膜材料層激發SPR。因此，即使SPR傳感器表面的折射率發生很小的變化，也可以在SPR共振中產生可測量的光學參數(如強度、相位等)變化信息(p偏振態的相關光學參數對折射率變化敏感，而s偏振態的相關光學參數對折射率變化不敏感)。SPR傳感器本質上是對膜層表面的介質折射率敏感，當待測介質的折射率發生變化時，引起表面等離子體傳播常數發生變化，從而引起與其發生共振的光束的強度或相位發生變化。因此可以通過檢測光束的強度或相位變化來實現對介質折射率的檢測，以此為基礎構建SPR傳感器。但是，現有的SPR檢測裝置靈敏度不高，無法滿足多種場合的高精度測量需求。

發明內容

基于此，有必要針對上述問題，提供一種折射率傳感裝置及測量方法。

一種折射率傳感裝置，包括：

激光發射裝置，用于發射激光光束；

第一聲光移頻器，用于將所述激光光束移頻；

棱鏡，與所述第一聲光移頻器間隔設置，包括反射表面；

依次設置于所述反射表面的材料層和微流體通道，所述微流體通道用于儲存待測介質，所述激光光束射入所述棱鏡在所述反射表面全反射，并在所述反射表面與所述材料層發生表面等離子共振；

第二聲光移頻器，與所述棱鏡間隔設置，用于將射出所述棱鏡的激光光束移頻，所述第一聲光移頻器和所述第二聲光移頻器差分移頻；

第一反射鏡，與所述第二聲光移頻器間隔設置，用于使經過所述第二聲光移頻器射出的第一激光光束經原路徑反射到所述激光發射裝置；

所述第一激光光束與所述激光發射裝置內的原光場發生干涉效應，調制所述激光發射裝置的輸出功率，并通過所述激光發射裝置輸出調制光束；以及

處理裝置，用于通過所調制光束得到所述待測介質的折射率信息。

在一個實施例中，還包括：

偏振分光鏡，與所述棱鏡和所述第二聲光移頻器間隔設置，用于將射出所述棱鏡的激光光束分為所述第一激光光束和第二激光光束；

第三聲光移頻器，與所述偏振分光鏡間隔設置，用于對所述第二激光光束移頻，所述第一聲光移頻器和所述第三聲光移頻器差分移頻；