專利名稱：表面等離子體共振光譜傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學技術領域，涉及一種表面等離子體共振傳感器，特別 是一種表面等離子體共振光譜傳感器，主要用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測、生 物、化學及醫(yī)學等領域的痕量物質(zhì)檢測。 技術背景表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,簡稱SPR)是一種物 理光學現(xiàn)象，在上世紀初被Wood發(fā)現(xiàn)。60年代，德國科學家Otto和 Kretchmann分別獨立發(fā)明了用可見光激發(fā)表面等離子體的方法。80年代， 瑞典科學家Liedberg將這一技術用于生物大分子相互作用的檢測。之后， 表面等離子體共振傳感技術迅速發(fā)展，發(fā)展成為十分有用的檢測技術。表 面等離子體共振傳感技術可廣泛應用到食品安全、環(huán)境監(jiān)測、生物、化學 及醫(yī)學等領域。在食品安全領域主要應用包括農(nóng)、獸藥殘留量的檢測， 食品中微生物污染檢測，生物毒素的檢測等等。在環(huán)境監(jiān)測領域，表面等 離子體共振檢測技術可以檢測多環(huán)芳烴類、多氯聯(lián)苯類、酚類、烷烴、芳 香族化合物和重金屬離子等有毒有污染物質(zhì)。在生物學以及相關領域，基 于表面等離子體共振的生物傳感技術，通過分析生物分子如蛋白質(zhì)-蛋白 質(zhì)、藥物-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸、核酸-核酸之間的相互作用，得到相應組 分的痕量濃度以及有關性質(zhì)。由于對檢測靈敏度的要求越來越高，高靈敏度表面等離子體共振傳感 系統(tǒng)成為痕量物質(zhì)測量技術發(fā)展趨勢之一。目前的技術中，有表面等離子 體傳感系統(tǒng)，例如一種表面等離子體傳感系統(tǒng)(參見中國發(fā)明專利"角度 掃描表面等離子體共振測量系統(tǒng)"，專利申請?zhí)?00510108184.4)，以及 著名表面等離子體共振分析儀BioCore系列產(chǎn)品和SPR-Navi系列產(chǎn)品。該 類表面等離子體共振傳感系統(tǒng)具有相當?shù)膬?yōu)點，但是仍然存在不足，采用角度掃描進行測量，存在機械運動部件和用于調(diào)控角度掃描的部件，系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)以及測量分析與控制復雜，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，影響系統(tǒng)的工作特性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種表面等離子體共振 光譜傳感器，具有無機械運動部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高等特點。本發(fā)明的基本構(gòu)思是將光譜思想應用到表面等離子體共振傳感，采 用寬光譜光源，經(jīng)過表面等離子體共振傳感部件后，入射到反射式閃耀光 柵進行分光，探測器采用線陣光電探測器，線陣探測器得到不同波長光強 度分布，即為表面等離子體共振吸收峰信號，此表面等離子體共振光譜傳 感器中無機械運動部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明包括寬波段光源、光束整形器、起偏器、表面等離子體共振器、 檢偏器、括束鏡、反射式閃耀光柵和線陣光電傳感器。表面等離子體共振 器是截面為等腰直角三角形的柱形棱鏡，其斜邊底面鍍有金屬反射膜構(gòu)成 傳感平面。沿寬波段光源的發(fā)射光路依次設置有光束整形器、起偏器和表 面等離子體共振器，入射光束與表面等離子體共振器的直角邊入射面垂直， 在傳感平面發(fā)生內(nèi)全反射后由直角邊出射面出射，出射光束方向上依次設 置有檢偏器、括束鏡和反射式閃耀光柵，線陣光電傳感器設置在反射式閃 耀光柵衍射光束出射方向上，并與衍射光發(fā)散方向平行。所述的寬波段光源為寬波段非相干光源、寬波段激光光源的一種。 所述的光束整形器為準直括束鏡組、準直鏡、空間光調(diào)制器的一種。 所述的線陣光電傳感器為線陣電荷耦合器件、線陣C0MS器件的一種。 本發(fā)明的工作過程為寬波段光源發(fā)出光束，經(jīng)過光束整形器和起偏 器，形成線偏振光束，垂直入射到表面等離子體共振器的直角邊入射面， 在斜邊底面發(fā)生內(nèi)全反射，被測物質(zhì)置于傳感平面上的全反射區(qū)域，反射 光經(jīng)過直角邊出射面出射后，經(jīng)過檢偏器、括束鏡和反射式閃耀光柵，括 束鏡對光束進行括束，光束入射到反射式閃耀光柵發(fā)生衍射，不同波長光 的衍射角不同，從而沿不同方向反射，形成發(fā)散帶狀光束，達到線陣光電線陣光電傳感器得到傳感平面發(fā)生全反射的反射光強度隨 波長的光譜信息，在共振波長時，傳感平面上發(fā)生等離子體共振，形成共 振吸收峰。發(fā)生全反射區(qū)域為接觸被測物質(zhì)區(qū)域。共振吸收峰幅值和共振 波長與傳感平面全反射區(qū)域附近物質(zhì)特性有關，從而可以得到被測物質(zhì)信 息，例如，折射率，濃度等。通過改變檢偏器檢偏方向，可以得到不同光 束出射面出射的不同偏振方向光束的表面等離子體共振吸收峰幅值和共振 波長的變化，從而可以得到被測物質(zhì)影響光束偏振的特性測量。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點1) 無機械運動部件；2) 模塊化程度高、系統(tǒng)簡單；3) 結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，對機械定位要求低；
圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本實施例的一種表面等離子體共振光譜傳感器具體結(jié)構(gòu)如圖1所示， 包括寬波段光源l、光束整形器2、起偏器3、表面等離子體共振器4、檢 偏器5、括束鏡6、反射式閃耀光柵7，和線陣光電傳感器8。表面等離子 體共振器4為柱形棱鏡，其橫截面為等腰直角三角形，表面等離子體共振 器斜邊底面鍍有金屬反射膜構(gòu)成傳感平面402。寬波段光源1發(fā)射光路依 次設置有光束整形器2、起偏器3和表面等離子體共振器4，入射光束與表 面等離子體共振器4的直角邊入射面401垂直，在傳感平面402發(fā)生內(nèi)全 反射后由直角邊直角邊出射面403出射，出射光束方向上依次設置有檢偏 器5、括束鏡6和反射式閃耀光柵7，線陣光電傳感器8設置在反射式閃耀 光柵7衍射光束出射方向上，并與衍射光發(fā)散方向平行。寬波段光源1為寬波段鎢燈光源，表面等離子體共振器4的斜邊底面 金屬反射膜為厚度為50nm的金薄膜，線陣光電傳感器8采用線陣電荷藕和器件，被測樣品選擇醇類。工作中，寬波段光源1發(fā)出光束，經(jīng)過光束整形器2和起偏器3，形成 線偏振光束，垂直入射到表面等離子體共振器4的直角邊入射面401，在 斜邊底面402發(fā)生內(nèi)全反射，被測物質(zhì)置于傳感平面402上的全反射區(qū)域， 反射光經(jīng)過直角邊出射面403出射后，經(jīng)過檢偏器5、括束鏡6和反射式 閃耀光柵7，括束鏡6對光束進行括束，光束入射到反射式閃耀光柵7發(fā) 生衍射，不同波長光的衍射角不同，從而沿不同方向反射，形成發(fā)散帶狀 光束，達到線陣光電傳感器8上，從而，線陣光電傳感器8得到傳感平面 402發(fā)生全反射的反射光強度隨波長的光譜信息，在共振波長時，傳感平 面上發(fā)生等離子體共振，形成共振吸收峰。發(fā)生全反射區(qū)域為接觸被測物 質(zhì)區(qū)域。共振吸收峰幅值和共振波長與傳感平面全反射區(qū)域附近物質(zhì)特性 有關，從而可以得到被測物質(zhì)信息，例如，折射率，濃度等。通過改變檢 偏器檢偏方向，可以得到不同光束出射面出射的不同偏振方向光束的表面 等離子體共振吸收峰幅值和共振波長的變化，從而可以得到被測物質(zhì)影響 光束偏振的特性測量。此表面等離子體共振光譜傳感器中無機械運動部件、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
權利要求
1、表面等離子體共振光譜傳感器，包括寬波段光源、光束整形器、起偏器、表面等離子體共振器、檢偏器、括束鏡、反射式閃耀光柵和線陣光電傳感器，其特征在于沿寬波段光源的發(fā)射光路依次設置有光束整形器、起偏器和表面等離子體共振器；所述的表面等離子體共振器是截面為等腰直角三角形的柱形棱鏡，其斜邊底面鍍有金屬反射膜構(gòu)成傳感平面；入射光束與表面等離子體共振器的直角邊入射面垂直，在傳感平面發(fā)生內(nèi)全反射后由直角邊出射面出射；出射光束方向上依次設置有檢偏器、括束鏡和反射式閃耀光柵，線陣光電傳感器設置在反射式閃耀光柵衍射光束出射方向上，并與衍射光發(fā)散方向平行。
2、 如權利要求1所述的表面等離子體共振光譜傳感器，其特征在于 所述的寬波段光源為寬波段非相干光源、寬波段激光光源的一種。
3、 如權利要求1所述的表面等離子體共振光譜傳感器，其特征在于所述的光束整形器為準直括束鏡組、準直鏡、空間光調(diào)制器的一種。
4、 如權利要求1所述的表面等離子體共振光譜傳感器，其特征在于 所述的線陣光電傳感器為線陣電荷耦合器件、線陣C0MS器件的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面等離子體共振光譜傳感器。現(xiàn)有技術采用角度掃描進行測量，存在機械運動部件和用于調(diào)控角度掃描的部件，結(jié)構(gòu)較復雜。本發(fā)明沿寬波段光源的發(fā)射光路依次設置有光束整形器、起偏器和表面等離子體共振器。表面等離子體共振器是截面為等腰直角三角形的柱形棱鏡，其斜邊底面鍍有金屬反射膜構(gòu)成傳感平面。入射光束與表面等離子體共振器的直角邊入射面垂直，在傳感平面發(fā)生內(nèi)全反射后由直角邊出射面出射。出射光束方向上依次設置有檢偏器、括束鏡和反射式閃耀光柵。線陣光電傳感器設置在反射式閃耀光柵衍射光束出射方向上，并與衍射光發(fā)散方向平行。本發(fā)明無機械運動部件，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高等特點。
文檔編號G01N21/41GK101324523SQ200810120198
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權日2008年7月25日
發(fā)明者健 王, 高秀敏 申請人:杭州電子科技大學