[發明專利]表面電磁模式共振高光譜成像傳感器的共振波長確定方法

有效

• 申請號: 202011305508.4
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112525862B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 祁志美;劉紫威;尹濤;蔡宸;蔡新霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院;中國科學院大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/25;G01J3/28;G01J3/42;G01J3/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王江選

1.一種表面電磁模式共振高光譜成像傳感器的共振波長確定方法，所述傳感器包括寬帶光源、表面電磁模式共振結構和高光譜成像儀，其特征在于，包括以下步驟：

利用高光譜成像儀測量所述寬帶光源的發射光譜原始曲線，然后基于所述高光譜成像儀的儀器響應函數將測得的所述發射光譜原始曲線轉換為與儀器響應無關的發射光譜輻射度曲線；

將所述表面電磁模式共振結構設置于所述寬帶光源和高光譜成像儀之間，利用所述寬帶光源發出的線偏振平行光共振激勵所述表面電磁模式共振結構中的表面電磁模式，然后利用所述高光譜成像儀獲取所述表面電磁模式共振結構的共振圖像和與所述共振圖像對應的共振光譜原始曲線；

基于所述高光譜成像儀的儀器響應函數將所述共振光譜原始曲線轉換為與儀器響應無關的共振光譜輻射度曲線，所述共振光譜輻射度曲線包括共振吸收曲線段和非共振曲線段；

以所述寬帶光源的發射光譜輻射度曲線為擬合模型，對所述共振光譜輻射度曲線中的非共振曲線段進行整體擬合，得到所述傳感器在無共振吸收時的輻射度最佳擬合曲線，所述輻射度最佳擬合曲線覆蓋所述共振光譜原始曲線的整個波長范圍；

計算所述共振光譜輻射度曲線與輻射度最佳擬合曲線的輻射度比值，得到所述輻射度比值隨波長變化的反射率光譜曲線，所述反射率光譜曲線包括至少一個共振吸收谷；

采用階數自適應的多項式函數對所述反射率光譜曲線中的共振吸收谷進行擬合，得到共振吸收谷擬合曲線，利用所述共振吸收谷擬合曲線確定共振波長。

2.根據權利要求1所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述表面電磁模式共振結構包括耦合棱鏡、樣品池和表面電磁模式共振芯片，所述表面電磁模式共振芯片緊夾于所述耦合棱鏡與樣品池之間，且所述表面電磁模式共振芯片的敏感表面暴露于樣品池內。

3.根據權利要求2所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述表面電磁模式共振芯片，包括表面等離子體共振芯片、長程表面等離子體共振芯片、局域表面等離子體共振芯片、光波導共振芯片、等離子體波導共振芯片或光子晶體共振芯片。

4.根據權利要求2所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述耦合棱鏡被集成于所述表面電磁模式共振芯片上的耦合光柵所替代。

5.根據權利要求2所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述寬帶光源能夠發出可見-近紅外線偏振平行光，其發射光譜連續平滑；和/或在利用高光譜成像儀測量所述寬帶光源的發射光譜原始曲線時，將所述耦合棱鏡單獨設置于所述寬帶光源和高光譜成像儀之間，使所述寬帶光源發出的光穿過所述耦合棱鏡后入射至高光譜成像儀。

6.根據權利要求1所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述共振光譜原始曲線是所述共振圖像上任一像素對應的共振光譜原始曲線，或是共振圖像上多個像素組成的局部區域對應的共振光譜原始曲線。

7.根據權利要求1所述的共振波長確定方法，其特征在于，在將共振光譜原始曲線轉換為共振光譜輻射度曲線之前，對所述共振光譜原始曲線進行降噪處理。

8.根據權利要求1所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述輻射度最佳擬合曲線為單調函數曲線，利用所述輻射度最佳擬合曲線得到的反射率光譜曲線中的反射率最大值不大于1。

9.根據權利要求8所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述單調函數曲線為階數不大于5的多項式函數曲線。

10.根據權利要求1所述的共振波長確定方法，其特征在于，所述階數自適應的多項式函數的最高階數不大于5，擬合優度不小于0.99。