[發(fā)明專利]基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111495329.6
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114034642B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張潔;陳昕陽;孫寧;朱永;王寧
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/65
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

1.一種基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括激勵光發(fā)射器、傳感單元、濾波單元以及檢測單元；

所述激勵光發(fā)射器的輸出端與傳感單元的輸入端耦合連接；所述傳感單元的輸出端與濾波單元的輸入端連接；所述濾波單元的輸出端與檢測單元的輸入端連接；所述傳感單元的上表面附著有待測分子；

所述檢測單元包括m個微環(huán)諧振模塊以及與微環(huán)諧振模塊一一對應(yīng)的m個探測模塊；所述微環(huán)諧振模塊包括第一直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)以及第二直波導(dǎo)；所述m個微環(huán)諧振模塊中微環(huán)波導(dǎo)的半徑均不相同；所述微環(huán)波導(dǎo)分別與第一直波導(dǎo)以及第二直波導(dǎo)耦合連接；所述微環(huán)諧振模塊中第二直波導(dǎo)與探測模塊連接；

第1個微環(huán)諧振模塊的第一直波導(dǎo)為檢測單元的輸入端；所述m個微環(huán)諧振模塊根據(jù)如下方式依次串聯(lián)：

第1個、第2個、…、第m-1個微環(huán)諧振模塊的第一直波導(dǎo)與第2個、…、第m個微環(huán)諧振模塊的第一直波導(dǎo)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述傳感單元包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層以及形成于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層上表面的表面增強拉曼層；所述表面增強拉曼層的上表面附著有待測分子；

所述激勵光發(fā)射器的輸出端通過耦合器與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的輸入端耦合連接；所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的輸出端與濾波單元的輸入端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述表面增強拉曼層包括金屬納米粒子；所述金屬納米粒子為金納米粒子、銀納米粒子以及銅納米粒子中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述濾波單元包括瑞利濾波器；所述瑞利濾波器用于濾除瑞利光以及激勵光。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述探測模塊包括探測器；所述探測器用于探測各種波長的拉曼光信號。

6.一種利用權(quán)利要求1-5任一項所述的檢測系統(tǒng)檢測待測分子的檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1.將n個中心波長待標(biāo)點輸入到檢測單元進(jìn)行標(biāo)定，得到微環(huán)諧振傳輸矩陣S_m×n；其中，m為微環(huán)諧振模塊的個數(shù)；

S2.使用所述檢測系統(tǒng)對待測分子進(jìn)行檢測，得到待測分子的強度矩陣D_m×1；

S3.預(yù)設(shè)一個拉曼光譜信息矩陣P_n×1，并計算微環(huán)諧振傳輸矩陣S_m×n與拉曼光譜信息矩陣P_n×1的乘積，得到乘積后的矩陣D′_m×1；

S4.調(diào)整矩陣P_n×1中的參數(shù)值，使得矩陣D′_m×1與強度矩陣D_m×1相同，并將矩陣D′_m×1與強度矩陣D_m×1相同時，設(shè)置的矩陣P_n×1作為目標(biāo)矩陣；

S5.將目標(biāo)矩陣中各元素分別與n個中心波長一一對應(yīng)，得到待測分子的拉曼光譜；

S6.將待測分子的拉曼光譜與拉曼光譜庫進(jìn)行拉曼特征峰比對，識別待測分子的指紋譜線。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于微環(huán)諧振陣列的拉曼光譜片上檢測方法，其特征在于：所述步驟S4中，根據(jù)公式min imize||P_n×1||²調(diào)整矩陣P_n×1中的參數(shù)值，使得D_m×1-S_m×nP_n×1＝0，進(jìn)而得到目標(biāo)矩陣；其中，所述目標(biāo)矩陣中各元素的取值均≥0。