[發明專利]基于弱測量的表面折射率成像傳感器及其測量方法

在審

• 申請號: 202111007454.8
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113884466A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 何永紅;許楊;周沖琪;張肖男
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種基于弱測量的表面折射率成像傳感器及其測量方法，該成像傳感器包括依次設置在光路上的光源模塊、前選擇模塊、弱耦合作用模塊、后選擇模塊以及成像模塊，所述前選擇模塊經配置以實現對入射光頻譜和偏振狀態的前選擇過程，即實現弱值放大原理的前選擇，所述弱耦合作用模塊經配置以實現偏振態和光頻率間的弱耦合作用，所述后選擇模塊經配置以實現弱值放大原理的后選擇，其中，通過所述前選擇過程、所述弱耦合作用和所述后選擇過程來引入相位差和旋光色散，并通過所述成像模塊的成像信息獲得高精度的相位測量結果，以便實現表面折射率分布的高精度測量。通過引入旋光色散效應能夠進一步降低弱值以實現更大的弱值放大效應。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，特別是涉及一種基于弱測量的表面折射率 成像傳感器及其測量方法。

背景技術

表面波是在不同介質之間的界面處傳播的波場?；诠鈱W表面波的折 射率傳感測量方法是一種經典的用于監測表面波的高精度折射率測量方法。 根據檢測光的物理參數，表面波折射率傳感機制可分為四種檢測類型：相 位差、反射強度、共振角、和共振波長。同時，基于表面波的折射率傳感 器在高靈敏度、良好的分辨率、優越的魯棒性、非標記和非接觸方面具有 優勢。表面折射率光學成像方法具有高空間分辨率、高靈敏度、高通量、 真實性等優點。目前的表面反射傳感器主要包括全內反射傳感器、石墨烯 折射率傳感器和表面等離子體共振傳感器。

弱值放大技術自1988年被發現以來在高精度檢測中發揮了重要作用。 2010年，有人進一步提出采用頻域弱測量方法來提高檢測精度。測量技術 中，被測物體的力對系統產生微弱的擾動，使系統與探測器之間產生弱耦 合。通過選擇合適的前后偏振選擇狀態，可以放大和間接檢測干擾以便實 現高精度檢測。進一步將弱測量技術與反射檢測系統結合，取得了良好的 效果。同時，還可以利用弱測量技術來提高檢測效率。但是，通過進一步 減小弱值以提高方法效率和結合弱值放大的表面折射率光學成像傳感器的 技術有待研究開發。

需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于對本申請的背 景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的 信息。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述背景技術的缺陷，提供一種基于弱測 量的表面折射率成像傳感器及其測量方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于弱測量的表面折射率成像傳感器，包括依次設置在光路上的 光源模塊、前選擇模塊、弱耦合作用模塊、后選擇模塊以及成像模塊，所 述前選擇模塊經配置以實現對入射光頻譜和偏振狀態的前選擇過程，即實 現弱值放大原理的前選擇，所述弱耦合作用模塊經配置以實現偏振態和光 頻率間的弱耦合作用，所述后選擇模塊經配置以實現弱值放大原理的后選 擇，其中，通過所述前選擇過程、所述弱耦合作用和所述后選擇過程來引入相位差和旋光色散，并通過所述成像模塊的成像信息獲得相位測量結果， 以便實現表面折射率分布的高精度測量。

進一步地：

所述前選擇模塊包括依次設置在光路上的前選擇偏振片、光學棱鏡和 消色差四分之一波片。

所述弱耦合作用模塊包括旋光片。

所述后選擇模塊包括后選擇偏振片。

所述光源模塊包括超輻射二極管，所述成像模塊包括成像相機。

所述成像相機采用面陣CCD。

還包括設置在所述光源模塊和所述前選擇模塊之間的準直透鏡。

還包括設置在所述光學棱鏡的全反射面外側的樣品池。

還包括設置在所述光學棱鏡與所述成像模塊之間的成像透鏡。

一種基于弱測量的表面折射率成像傳感器的測量方法，使用所述的基 于弱測量的表面折射率成像傳感器實現表面折射率分布的高精度測量。