專利名稱：衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于耦合棱鏡的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平 臺(tái)，用于測(cè)試光波導(dǎo)導(dǎo)波特性、光波導(dǎo)傳感器特性、表面等離子體共振傳感器特性、薄膜樣 品厚度和折射率、溶液濃度等。
背景技術(shù)：
衰減全反射技術(shù)是一種重要的光學(xué)技術(shù)，在光耦合、光傳感、光譜分析、薄膜樣品 測(cè)試等許多方面具有廣泛應(yīng)用。光在棱鏡底面發(fā)生全反射時(shí)會(huì)產(chǎn)生消逝場(chǎng)，該消逝場(chǎng)可用 于激發(fā)表面等離子體激元(SPP)，光波導(dǎo)導(dǎo)模，熒光、拉曼信號(hào)、SHG信號(hào)，也可被分子吸收， 使得反射光能量被衰減。棱鏡全反射器在光波導(dǎo)器件、表面等離子體共振(SPR)傳感器中 常被作為光耦合器使用，而棱鏡全反射器本身也是一種重要的消逝波敏感器件，常被用于 薄膜試樣分析、液體濃度探測(cè)以及吸附分子的光譜測(cè)試等方面?，F(xiàn)有的棱鏡衰減全反射裝 置比較專一，通用性差，不能兼顧上述各種用途。尤其是基于棱鏡耦合的光波導(dǎo)傳感器在使 用時(shí)常采用分離器件進(jìn)行組裝和光路調(diào)試，不便于操作，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，測(cè)試重復(fù)性差。 目前還缺少可用于測(cè)試光波導(dǎo)傳感器的小型化衰減全反射測(cè)量系統(tǒng)，更缺少既可用于光波 導(dǎo)測(cè)試、又可用于SPR測(cè)試、還可進(jìn)行棱鏡全反射測(cè)量的通用性測(cè)試平臺(tái)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種小型化衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，操 作方便，用途廣泛，解決了現(xiàn)有相關(guān)裝置的器件分離、操作復(fù)雜、精度不高、穩(wěn)定性和重復(fù)性 差、缺少通用性的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，包括底座、轉(zhuǎn)動(dòng)臂、固定臂、固定圓盤、測(cè)角轉(zhuǎn)盤、 光源、光源支架、探測(cè)器、探測(cè)器支架、測(cè)試部件及支桿；其中，
在固定圓盤側(cè)面徑向凸設(shè)有固定臂，固定圓盤與固定臂成一整體，固定圓盤中心 通孔套設(shè)有軸，軸上端與固定圓盤固接，軸下端支于底座中心通孔中，固定臂與固定圓盤水 平置于底座上方，由至少三組螺釘和配套墊圈與底座固定連接，固定圓盤側(cè)面設(shè)有凹槽；固 定臂外端上表面有一凹槽；
轉(zhuǎn)動(dòng)臂內(nèi)端通孔套于軸上，與固定圓盤同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，位于底座與固定圓盤之間， 轉(zhuǎn)動(dòng)臂外端上表面有一凹槽；轉(zhuǎn)動(dòng)臂內(nèi)外兩端之間向上凸設(shè)螺釘支架，螺釘支架中心水平 螺設(shè)緊固螺釘，緊固螺釘內(nèi)端頭與固定圓盤側(cè)凹槽相適配，通過緊固螺釘擠壓凹槽即鎖定 轉(zhuǎn)動(dòng)臂；
測(cè)角轉(zhuǎn)盤水平置于固定圓盤上方，測(cè)角轉(zhuǎn)盤底盤與固定圓盤同軸固定連接，測(cè)角 轉(zhuǎn)盤側(cè)面徑向凸設(shè)有角度微調(diào)螺桿，測(cè)角轉(zhuǎn)盤上轉(zhuǎn)動(dòng)盤中心有通孔；
固定臂外端凹槽中正交固接第一支桿下端，第一支桿上端可旋轉(zhuǎn)的固接光源支 架，光源固定在光源支架上；測(cè)角轉(zhuǎn)盤上轉(zhuǎn)動(dòng)盤中心通孔內(nèi)側(cè)壁中正交固接第二支桿下端周圓，第二支桿上端固接測(cè)試部件，第二支桿與軸共一中心軸線；轉(zhuǎn)動(dòng)臂外端凹槽中正交固 接第三支桿下端，第三支桿上端可旋轉(zhuǎn)的固接探測(cè)器支架，探測(cè)器固定在探測(cè)器支架上；光 源、測(cè)試部件及探測(cè)器的中心到底座上表面的距離相同，光源、測(cè)試部件、探測(cè)器處于同一 水平面，光源光被耦合穿過測(cè)試部件后，被探測(cè)器接收。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述測(cè)試部件，為光波導(dǎo)測(cè)試裝置(發(fā)明專 利，申請(qǐng)?zhí)?00910080063. 1，申請(qǐng)日2009年3月18日)或光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置 (發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910093766. 8，申請(qǐng)日2009年9月28日)或棱鏡全反射測(cè)試裝置其中之一。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述棱鏡全反射測(cè)試裝置，包括底盤、耦合棱 鏡、光傳感芯片、樣品槽、樣品槽緊固件、第二支桿，其中，耦合棱鏡為等腰直角棱鏡，耦合棱 鏡的一側(cè)面固接于底盤上表面，兩直角邊側(cè)面分別對(duì)向兩側(cè)的光源、探測(cè)器，耦合棱鏡的 底面與光傳感芯片背面緊貼連，光傳感芯片正面與樣品槽開口緊貼連，樣品槽底外側(cè)與樣 品槽緊固件緊貼連；樣品槽緊固件固接于底盤上表面；第二支桿上端正交固接于底盤下表 面，第二支桿的軸線與耦合棱鏡底面一直角邊垂直相交；
使用時(shí)，將少許耦合液滴在光傳感芯片背面，然后將光傳感芯片背面緊貼耦合棱 鏡底面，再將樣品槽緊貼光傳感芯片正面，通過調(diào)節(jié)樣品槽緊固件，使樣品槽和光傳感芯片 緊夾在耦合棱鏡和樣品槽緊固件之間，并使樣品槽與光傳感芯片接觸處不漏水。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述耦合棱鏡，為玻璃或透光晶體制成；光傳 感芯片，為表面等離子體共振芯片或光波導(dǎo)芯片其中之一；樣品槽，由硅橡膠或聚四氟乙烯 材料制成；樣品槽緊固件包括壓塊、橫梁和緊固螺釘，橫梁下側(cè)固接于底盤上表面，緊固螺 釘水平螺設(shè)于橫梁中部，緊固螺釘內(nèi)端有壓塊，外端為旋把；調(diào)節(jié)旋把，使壓塊將樣品槽和 光傳感芯片緊貼連，并使樣品槽與光傳感芯片接觸處不漏水。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述光源，為小型線偏振激光器或?qū)拵Ь€偏 振平行光發(fā)射器其中之一。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述探測(cè)器，為光電池、光敏二極管、光電倍 增管或光纖光譜儀其中之一；當(dāng)光源為小型線偏振激光器時(shí)，探測(cè)器用光電池、光敏二極管 或光電倍增管中的一種；當(dāng)光源為寬帶線偏振平行光發(fā)射器時(shí)，探測(cè)器用光纖光譜儀。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述寬帶線偏振平行光發(fā)射器，包括一光纖 寬帶冷光源，一光纖準(zhǔn)直器、光源支架、一線性偏振器、及一光纖；光纖一端與光纖寬帶冷光 源固定連接，另一端與光纖準(zhǔn)直器后端固定連接，線性偏振器置于光纖準(zhǔn)直器前端，光纖準(zhǔn) 直器、線性偏振器分別固定在光源支架上，并使光纖準(zhǔn)直器射出的平行光垂直穿過線性偏 振器；光源支架固接在第一支桿上端，第一支桿下端垂直固定在固定臂上，光源支架上設(shè)有 微調(diào)旋鈕，使光纖準(zhǔn)直器射出的平行光束軸線與測(cè)角轉(zhuǎn)盤軸線垂直相交。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其當(dāng)選用光纖光譜儀作為探測(cè)器時(shí)，需要如下 附件第二光纖、第二光纖準(zhǔn)直器、探測(cè)器支架，第二光纖一端與光纖光譜儀固定連接，另一 端與第二光纖準(zhǔn)直器固定連接，第二光纖準(zhǔn)直器固定在探測(cè)器支架上，探測(cè)器支架固接在 第三支桿上端，第三支桿下端垂直固定在轉(zhuǎn)動(dòng)臂上；從測(cè)試部件輸出的光束被第二光纖準(zhǔn) 直器接收并聚焦到第二光纖端面，再由第二光纖傳輸?shù)焦饫w光譜儀；光纖光譜儀與第一光 纖準(zhǔn)直器之間以第三光纖相連接。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述寬帶線偏振平行光發(fā)射器與光纖光譜儀配合使用時(shí)，寬帶線偏振平行光發(fā)射器使用的光纖與光纖光譜儀使用的光纖，通過分叉光纖結(jié)構(gòu)互聯(lián)形成三支四端的兩頭分叉光纖，使得寬帶線偏振平行光發(fā)射器中的第一光纖準(zhǔn)直器通過分叉光纖同時(shí)與光纖冷光源和光纖光譜儀連接，光纖光譜儀又通過分叉光纖同時(shí)與作為光纖光譜儀附件的第二光纖準(zhǔn)直器連接；
當(dāng)來自第一光纖準(zhǔn)直器的平行光束照射到測(cè)試部件中的耦合棱鏡時(shí)，從被照射的耦合棱鏡鏡面反射的光束，通過調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤的角度，使其沿原路返回到第一光纖準(zhǔn)直器， 再由分叉光纖傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行探測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)精確的光路準(zhǔn)直與零度入射角定位功能。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述測(cè)角轉(zhuǎn)盤，是手動(dòng)操作的測(cè)角轉(zhuǎn)盤，或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)測(cè)角轉(zhuǎn)盤。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述固定圓盤、轉(zhuǎn)動(dòng)臂與軸之間分別設(shè)有軸承，兩軸承疊置；軸上端與固定圓盤固接，是以焊接方式固定連接，軸下端設(shè)有不脫出螺釘、 墊片。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其所述測(cè)角轉(zhuǎn)盤，在不需要測(cè)角的應(yīng)用中，測(cè)角轉(zhuǎn)盤以支桿套筒替代，支桿套筒下端面固接于固定圓盤上表面，支桿套筒中心軸線與軸的中心軸線重合；支桿套筒壁上正交設(shè)有支桿緊固螺釘，第二支桿插入支桿套筒內(nèi)，與支桿套筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；旋轉(zhuǎn)第二支桿使得支桿上端的測(cè)試部件被調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置后，由支桿緊固螺釘鎖定第 二支桿。
所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其用于測(cè)試光波導(dǎo)導(dǎo)波特性、光波導(dǎo)傳感器特性、表面等離子體共振傳感器特性、薄膜樣品厚度和折射率及光學(xué)特性；其中，
在用于表面等離子體共振傳感器特性測(cè)試時(shí)，測(cè)試部件用棱鏡全反射測(cè)試裝置；
在用于測(cè)試薄膜樣品厚度和折射率及光學(xué)特性時(shí)，測(cè)試部件用棱鏡全反射測(cè)試裝置，待測(cè)薄膜樣品取代光傳感芯片。
本發(fā)明測(cè)量平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于多個(gè)可動(dòng)部件與固定部件組裝在一起形成一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的小型化通用型測(cè)試系統(tǒng)，避免了分離器件在光路調(diào)節(jié)時(shí)操作困難、精度不高、穩(wěn)定性和重復(fù)性差等缺點(diǎn)，該系統(tǒng)入射角準(zhǔn)確可調(diào)，可靈活接收出射光，用途廣泛、操作方便、測(cè)試精度高、重復(fù)性好。


圖1 :本發(fā)明的一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)的正視圖2 :本發(fā)明的一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)由底座、固定圓盤、固定臂、轉(zhuǎn)動(dòng)臂構(gòu)成的主體結(jié)構(gòu)的俯視圖3 :本發(fā)明的一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)由底座、固定圓盤、固定臂、轉(zhuǎn)動(dòng)臂構(gòu)成的主體結(jié)構(gòu)的正視圖4 :本發(fā)明的一種基于反射光譜測(cè)量模式的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)的示意圖5 :利用圖4所示的測(cè)量平臺(tái)在入射角為8°，樣品槽內(nèi)注入去離子水和濃度為 2μ M的溶菌酶水溶液的條件下分別測(cè)得的表面等離子體共振(SPR)傳感器的共振光譜圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，是本發(fā)明的一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，圖中，底 座1、轉(zhuǎn)動(dòng)臂2、固定臂3、固定圓盤4、測(cè)角轉(zhuǎn)盤5、測(cè)試部件6、光源7、探測(cè)器8、光纖9、支桿 10、轉(zhuǎn)動(dòng)臂緊固螺釘21及螺釘支架22、軸23、不脫出螺釘24、滾動(dòng)軸承25、螺釘31、支撐墊 圈32、固定圓盤側(cè)壁凹槽41、角度微調(diào)螺桿51、耦合棱鏡61、光傳感芯片62、樣品槽63、壓 塊64、橫梁65、樣品槽緊固螺釘66、底盤67、光源支架71、光纖寬帶冷光源72、光纖準(zhǔn)直器 73和83、線性偏振器74、探測(cè)器支架81、光纖光譜儀82。
固定臂3與固定圓盤4成一整體，轉(zhuǎn)動(dòng)臂2與固定圓盤4通過軸23、軸承25及不 脫出螺釘24同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸23與固定圓盤4經(jīng)焊接等方式固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)臂2上設(shè)置有 緊固螺釘21與螺釘支架22，固定圓盤4側(cè)面刻有凹槽41，通過緊固螺釘21擠壓凹槽41可 鎖定轉(zhuǎn)動(dòng)臂2 ;固定臂3與固定圓盤4置于底座I上方，并由至少三組螺釘31和支撐墊圈 32與底座I固定連接，并使轉(zhuǎn)動(dòng)臂2位于底座I與固定圓盤4之間；測(cè)角轉(zhuǎn)盤5置于固定 圓盤4上方，測(cè)角轉(zhuǎn)盤5底盤與固定圓盤4同軸固定連接，測(cè)角轉(zhuǎn)盤5上設(shè)置有角度微調(diào)螺 桿51，測(cè)試部件6通過自身支桿10固定在測(cè)角轉(zhuǎn)盤5上轉(zhuǎn)動(dòng)盤中心開設(shè)的通孔內(nèi)，光源7 固定到光源支架71上，再通過支桿10將光源支架71固定到固定臂3上，探測(cè)器8固定到 探測(cè)器支架81上，再通過支桿10將探測(cè)器支架81固定到轉(zhuǎn)動(dòng)臂2上，光源7、探測(cè)器8及 測(cè)試部件6的中心到底座I上表面的距離相同，光源支架71和探測(cè)器支架81上分別設(shè)置 有微調(diào)旋鈕，光源光被耦合穿過測(cè)試部件6后可被探測(cè)器8接收；
固定圓盤4、固定臂3、轉(zhuǎn)動(dòng)臂2、底座I的連接關(guān)系也可以是轉(zhuǎn)動(dòng)臂2與底座I轉(zhuǎn) 動(dòng)連接；固定臂3與固定圓盤4成一整體，置于轉(zhuǎn)動(dòng)臂2上方，并由至少三組螺釘31和支撐 墊圈32與底座I固定連接，并使固定圓盤4軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)臂2連接軸軸線重合。
測(cè)試部件6為光波導(dǎo)測(cè)試裝置(發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910080063. 1，申請(qǐng)日 2009年3月18日)、或光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置(發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910093766. 8， 申請(qǐng)日2009年9月28日)、或棱鏡全反射測(cè)試裝置。其中，測(cè)試部件自身支桿10在“光 波導(dǎo)測(cè)試裝置”專利申請(qǐng)書中對(duì)應(yīng)于主支桿2，在“光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置”專利申請(qǐng) 書中對(duì)應(yīng)于支架12。
棱鏡全反射測(cè)試裝置包括稱合棱鏡61、光傳感芯片62、樣品槽63、底盤67、支桿 10、及由壓塊64、橫梁65和緊固螺釘66組成的樣品槽緊固件。其中，耦合棱鏡61為由高折 射率玻璃或透光晶體制成的等腰直角棱鏡，置于底盤67上方并用膠粘等方式使棱鏡61的 三角形底面與底盤67固定連接；橫梁65置于底盤67上方，與底盤67固定連接，緊固螺釘 66穿過橫梁65中間的內(nèi)螺紋孔與壓塊64連接，并使壓塊64朝向棱鏡61鏡面；支桿10置 于底盤67下方并垂直固定在底盤67上，使支桿10的軸線與棱鏡61的三角形底面一直角 邊垂直相交。光傳感芯片62為SPR芯片或光波導(dǎo)芯片，樣品槽63由硅橡膠或聚四氟乙烯 材料制成；使用時(shí)，將少許耦合液滴在光傳感芯片62背面，然后將芯片62背面緊貼棱鏡61 鏡面，再將樣品槽63緊貼光傳感芯片62正面，通過旋轉(zhuǎn)緊固螺釘66使樣品槽63和光傳感 芯片62緊夾在棱鏡61和壓塊64之間，并使樣品槽63與光傳感芯片62密封接觸。
光源7為小型化線偏振激光器或?qū)拵Ь€偏振平行光發(fā)射器。
探測(cè)器8為光電池或光敏二極管或光電倍增管或光纖光譜儀。當(dāng)光源7為小型化線偏振激光器時(shí)，探測(cè)器8可選用光電池、光敏二極管及光電倍增管中的一種；當(dāng)光源7為寬帶線偏振平行光發(fā)射器時(shí)，探測(cè)器8選用光纖光譜儀。
寬帶線偏振平行光發(fā)射器包括一光纖寬帶冷光源72，一光纖準(zhǔn)直器73、一光源支架71、一線性偏振器74、及一光纖9,光纖一端與光纖寬帶冷光源72固定連接,另一端與光纖準(zhǔn)直器73固定連接，光纖準(zhǔn)直器73固定到光源支架71上，線性偏振器74置于光纖準(zhǔn)直器73前端，與光源支架71固定連接，并使從光纖準(zhǔn)直器73射出的平行光垂直穿過偏振器， 光源支架71通過支桿10垂直固定到固定臂3上，光源支架71上設(shè)置有微調(diào)旋鈕，使從光纖準(zhǔn)直器73射出的平行光束軸線與測(cè)角轉(zhuǎn)盤5軸線垂直相交。
當(dāng)探測(cè)器8為光纖光譜儀82時(shí)，需要的附件包括一光纖9和一光纖準(zhǔn)直器83及一探測(cè)器支架81。光纖9 一端與光纖光譜儀82固定連接，另一端與光纖準(zhǔn)直器83固定連接，光纖準(zhǔn)直器83固定到探測(cè)器支架81上，探測(cè)器支架81再通過支桿10垂直固定到轉(zhuǎn)動(dòng)臂2上，探測(cè)器支架81上設(shè)置有微調(diào)旋鈕，從測(cè)試部件6輸出的光束可被光纖準(zhǔn)直器83接收并聚焦到光纖9端面，再由光纖9傳輸?shù)焦饫w光譜儀82。
寬帶線偏振平行光發(fā) 射器使用的光纖與光纖光譜儀82使用的光纖通過分叉光纖結(jié)構(gòu)互聯(lián)形成三支四端的兩頭分叉光纖9，使得寬帶線偏振平行光發(fā)射器的光纖準(zhǔn)直器73 通過分叉光纖同時(shí)與光纖冷光源72和光纖光譜儀82連接，光纖光譜儀82又通過分叉光纖同時(shí)與作為附件的光纖準(zhǔn)直器83連接。
當(dāng)入射平行光束照射到測(cè)試部件6的耦合棱鏡61時(shí)，從棱鏡61鏡面反射的光束可通過調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤5使其沿原路返回并被光纖準(zhǔn)直器73接收再由分叉光纖9傳輸?shù)焦饫w光譜儀82進(jìn)行探測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)精確的光路準(zhǔn)直與零度入射角定位功能。
測(cè)角轉(zhuǎn)盤5可以是手動(dòng)操作的測(cè)角轉(zhuǎn)盤，也可以電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)測(cè)角轉(zhuǎn)盤。
測(cè)角轉(zhuǎn)盤5在不需測(cè)角的情況下可更換為支桿套筒，支桿套筒置于固定圓盤4上方并與固定圓盤4同軸固定連接，支桿套筒壁上設(shè)置有緊固螺釘，測(cè)試部件6通過自身支桿與支桿套筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接，通過轉(zhuǎn)動(dòng)支桿使得測(cè)試部件6被調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置后再由緊固螺釘鎖定。
當(dāng)衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)用于測(cè)試分析光波導(dǎo)導(dǎo)波特性時(shí)，測(cè)試部件6選用光波導(dǎo)測(cè)試裝置(發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910080063. 1，申請(qǐng)日2009年3月18日)；當(dāng)用于測(cè)試分析光波導(dǎo)傳感器特性時(shí)，測(cè)試部件選用光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置(發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910093766. 8，申請(qǐng)日2009年9月28日)；當(dāng)用于測(cè)試分析SPR傳感器特性或波導(dǎo)模式譜特性時(shí)、測(cè)試部件6選用棱鏡全反射測(cè)試裝置；當(dāng)用于測(cè)試分析薄膜樣品的厚度和折射率及其光學(xué)特性時(shí)，測(cè)試部件6選用棱鏡全反射測(cè)試裝置，待測(cè)薄膜樣品取代光傳感芯片。
實(shí)施例
底座1、轉(zhuǎn)動(dòng)臂2、固定臂3及固定圓盤4由不銹鋼制成，底座I尺寸為195_X 100_X 12mm,轉(zhuǎn)動(dòng)臂2尺寸為80_X25_X 12mm、固定臂3尺寸為 45mmX20mmX 12mm,固定圓盤4直徑90mm,厚25mm ;測(cè)角轉(zhuǎn)盤5為市售手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，直徑 80mm，帶有角度微調(diào)螺桿51 ;光纖寬帶冷光源72為市售的鹵鎢燈光纖冷光源，光纖光譜儀 82為市售的CCD (電荷耦合器件)光纖光譜儀，光譜測(cè)試范圍300nm lOOOnm，光譜分辨率 lnm。兩頭分叉光纖為石英多模光纖,光纖芯直徑600 μ m,光纖各端帶有SMA光纖適配器。
測(cè)試部件6采用棱鏡全反射測(cè)試裝置，裝置底盤67、壓塊64、橫梁65和緊固螺釘66由硬鋁制成，耦合棱鏡61由高折射率玻璃制成，棱鏡的三角形底面邊長(zhǎng)為 25mmX25mmX35. 36mm，棱鏡高為25mm。傳感芯片62為SPR芯片，由BK7玻璃基板表面濺射 45nm厚的金膜組成,芯片尺寸為25mmX 20mmX 1mm,樣品槽63由娃橡膠塊制成,樣品槽尺寸為25mmX 25mmX 5mm,光稱合液為碘化亞甲基。
開啟齒鶴燈光纖冷光源72,從光纖射出的光透過光纖準(zhǔn)直器73和偏振器74后成為線偏振平行光束，該光束照射到耦合棱鏡61鏡面被部分反射和部分折射，調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤 5使得從棱鏡61鏡面反射的光束沿原路返回并被光纖準(zhǔn)直器73接收，再由分叉光纖9傳輸?shù)焦饫w光譜儀82，當(dāng)光纖光譜儀探測(cè)到的光譜強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)停止調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤5并讀取測(cè)角轉(zhuǎn)盤指定的度數(shù)，該度數(shù)所對(duì)應(yīng)的入射角為零度。之后再次調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤5，使得入射角設(shè)定為8°。然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)臂2并微調(diào)探測(cè)器支架81，使得從耦合棱鏡61射出的衰減全反射光束被光纖準(zhǔn)直器83接收并由分叉光纖9傳輸?shù)焦饫w光譜儀82。當(dāng)光纖光譜儀82 探測(cè)到的光譜強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，利用緊固螺釘21鎖定轉(zhuǎn)動(dòng)臂2。
利用移液器把去離子水注入樣品槽63后紀(jì)錄光纖光譜儀82探測(cè)到的反射光強(qiáng)度譜。然后把樣品槽63中的去離子水更換為濃度為2 μ M的溶菌酶水溶液，同時(shí)以Is的時(shí)間間隔連續(xù)紀(jì)錄反射光強(qiáng)度譜。當(dāng)光譜被觀測(cè)到不再隨時(shí)間變化后，停止紀(jì)錄。把溶液從樣品槽63中取出后松開樣品槽緊固件，更換新的SPR芯片，并取出樣品槽63進(jìn)行清洗以備下次使用。圖5顯示了 在入射角為8° ,樣品槽內(nèi)充滿去離子水和濃度為2μ M的溶菌酶水溶液的條件下分別測(cè)得的SPR傳感器的共振光譜。每一光譜包括一波谷，波谷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即是SPP共振波長(zhǎng)。溶菌酶在SPR芯片表面的吸附使得SPP共振波長(zhǎng)相對(duì)于去離子水對(duì)應(yīng)的 SPP共振波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移。
權(quán)利要求
1.一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，包括底座、轉(zhuǎn)動(dòng)臂、固定臂、固定圓盤、測(cè)角轉(zhuǎn)盤、光源、光源支架、探測(cè)器、探測(cè)器支架、測(cè)試部件及支桿；其特征在于， 在固定圓盤側(cè)面徑向凸設(shè)有固定臂，固定圓盤與固定臂成一整體，固定圓盤中心通孔套設(shè)有軸，軸上端與固定圓盤固接，軸下端支于底座中心通孔中，固定臂與固定圓盤水平置于底座上方，由至少三組螺釘和配套墊圈與底座固定連接，固定圓盤側(cè)面設(shè)有凹槽；固定臂外端上表面有一凹槽； 轉(zhuǎn)動(dòng)臂內(nèi)端通孔套于軸上，與固定圓盤同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，位于底座與固定圓盤之間，轉(zhuǎn)動(dòng)臂外端上表面有一凹槽；轉(zhuǎn)動(dòng)臂內(nèi)外兩端之間向上凸設(shè)螺釘支架，螺釘支架中心水平螺設(shè)緊固螺釘，緊固螺釘內(nèi)端頭與固定圓盤側(cè)凹槽相適配，通過緊固螺釘擠壓凹槽即鎖定轉(zhuǎn)動(dòng)臂； 測(cè)角轉(zhuǎn)盤水平置于固定圓盤上方，測(cè)角轉(zhuǎn)盤底盤與固定圓盤同軸固定連接，測(cè)角轉(zhuǎn)盤側(cè)面徑向凸設(shè)有角度微調(diào)螺桿，測(cè)角轉(zhuǎn)盤上轉(zhuǎn)動(dòng)盤中心有通孔； 固定臂外端凹槽中正交固接第一支桿下端，第一支桿上端可旋轉(zhuǎn)的固接光源支架，光源固定在光源支架上；測(cè)角轉(zhuǎn)盤上轉(zhuǎn)動(dòng)盤中心通孔內(nèi)側(cè)壁中正交固接第二支桿下端周圓，第二支桿上端固接測(cè)試部件，第二支桿與軸共一中心軸線；轉(zhuǎn)動(dòng)臂外端凹槽中正交固接第三支桿下端，第三支桿上端可旋轉(zhuǎn)的固接探測(cè)器支架，探測(cè)器固定在探測(cè)器支架上；光源、測(cè)試部件及探測(cè)器的中心到底座上表面的距離相同，光源、測(cè)試部件、探測(cè)器處于同一水平面，光源光被耦合穿過測(cè)試部件后，被探測(cè)器接收。
2.如權(quán)利要求1所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述測(cè)試部件，為光波導(dǎo)測(cè)試裝置或光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置或棱鏡全反射測(cè)試裝置其中之一。
3.如權(quán)利要求2所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述棱鏡全反射測(cè)試裝置，包括底盤、耦合棱鏡、光傳感芯片、樣品槽、樣品槽緊固件、第二支桿，其中，耦合棱鏡為等腰直角棱鏡，耦合棱鏡的一側(cè)面固接于底盤上表面，兩直角邊側(cè)面分別對(duì)向兩側(cè)的光源、探測(cè)器，耦合棱鏡的底面與光傳感芯片背面緊貼連，光傳感芯片正面與樣品槽開口緊貼連，樣品槽底外側(cè)與樣品槽緊固件緊貼連；樣品槽緊固件固接于底盤上表面；第二支桿上端正交固接于底盤下表面，第二支桿的軸線與耦合棱鏡底面一直角邊垂直相交； 使用時(shí)，將少許耦合液滴在光傳感芯片背面，然后將光傳感芯片背面緊貼耦合棱鏡底面，再將樣品槽緊貼光傳感芯片正面，通過調(diào)節(jié)樣品槽緊固件，使樣品槽和光傳感芯片緊夾在耦合棱鏡和樣品槽緊固件之間，并使樣品槽與光傳感芯片接觸處不漏水。
4.如權(quán)利要求3所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述耦合棱鏡，為玻璃或透光晶體制成；光傳感芯片，為表面等離子體共振芯片或光波導(dǎo)芯片其中之一；樣品槽，由硅橡膠或聚四氟乙烯材料制成；樣品槽緊固件包括壓塊、橫梁和緊固螺釘，橫梁下側(cè)固接于底盤上表面，緊固螺釘水平螺設(shè)于橫梁中部，緊固螺釘內(nèi)端有壓塊，外端為旋把；調(diào)節(jié)旋把，使壓塊將樣品槽和光傳感芯片緊貼連，并使樣品槽與光傳感芯片接觸處不漏水。
5.如權(quán)利要求1所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述光源，為小型線偏振激光器或?qū)拵Ь€偏振平行光發(fā)射器其中之一。
6.如權(quán)利要求1和5所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述探測(cè)器，為光電池、光敏二極管、光電倍增管或光纖光譜儀其中之一；當(dāng)光源為小型線偏振激光器時(shí)，探測(cè)器用光電池、光敏二極管或光電倍增管中的一種；當(dāng)光源為寬帶線偏振平行光發(fā)射器時(shí)，探測(cè)器用光纖光譜儀。
7.如權(quán)利要求1或5所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述寬帶線偏振平行光發(fā)射器，包括一光纖寬帶冷光源，一光纖準(zhǔn)直器、光源支架、一線性偏振器、及一光纖； 光纖一端與光纖寬帶冷光源固定連接，另一端與光纖準(zhǔn)直器后端固定連接，線性偏振器置于光纖準(zhǔn)直器前端，光纖準(zhǔn)直器、線性偏振器分別固定在光源支架上，并使光纖準(zhǔn)直器射出的平行光垂直穿過線性偏振器；光源支架固接在第一支桿上端，第一支桿下端垂直固定在固定臂上，光源支架上設(shè)有微調(diào)旋鈕，使光纖準(zhǔn)直器射出的平行光束軸線與測(cè)角轉(zhuǎn)盤軸線垂直相交。
8.如權(quán)利要求1或6所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，當(dāng)選用光纖光譜儀作為探測(cè)器時(shí)，需要如下附件第二光纖、第二光纖準(zhǔn)直器、探測(cè)器支架，第二光纖一端與光纖光譜儀固定連接，另一端與第二光纖準(zhǔn)直器固定連接，第二光纖準(zhǔn)直器固定在探測(cè)器支架上，探測(cè)器支架固接在第三支桿上端，第三支桿下端垂直固定在轉(zhuǎn)動(dòng)臂上；從測(cè)試部件輸出的光束被第二光纖準(zhǔn)直器接收并聚焦到第二光纖端面，再由第二光纖傳輸?shù)焦饫w光譜儀；光纖光譜儀與第一光纖準(zhǔn)直器之間以第三光纖相連接。
9.如權(quán)利要求6所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述寬帶線偏振平行光發(fā)射器與光纖光譜儀配合使用時(shí)，寬帶線偏振平行光發(fā)射器使用的光纖與光纖光譜儀使用的光纖，通過分叉光纖結(jié)構(gòu)互聯(lián)形成三支四端的兩頭分叉光纖，使得寬帶線偏振平行光發(fā)射器中的第一光纖準(zhǔn)直器通過分叉光纖同時(shí)與光纖冷光源和光纖光譜儀連接，光纖光譜儀又通過分叉光纖同時(shí)與作為光纖光譜儀附件的第二光纖準(zhǔn)直器連接；當(dāng)來自第一光纖準(zhǔn)直器的平行光束照射到測(cè)試部件中的耦合棱鏡時(shí)，從被照射的耦合棱鏡鏡面反射的光束，通過調(diào)節(jié)測(cè)角轉(zhuǎn)盤的角度，使其沿原路返回到第一光纖準(zhǔn)直器，再由分叉光纖傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行探測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)精確的光路準(zhǔn)直與零度入射角定位功能。
10.如權(quán)利要求1或9所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述測(cè)角轉(zhuǎn)盤，是手動(dòng)操作的測(cè)角轉(zhuǎn)盤，或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)測(cè)角轉(zhuǎn)盤。
11.如權(quán)利要求1所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述固定圓盤、轉(zhuǎn)動(dòng)臂與軸之間分別設(shè)有軸承，兩軸承疊置；軸上端與固定圓盤固接，是以焊接方式固定連接， 軸下端設(shè)有不脫出螺釘、墊片。
12.如權(quán)利要求1所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，所述測(cè)角轉(zhuǎn)盤，在不需要測(cè)角的應(yīng)用中，測(cè)角轉(zhuǎn)盤以支桿套筒替代，支桿套筒下端面固接于固定圓盤上表面，支桿套筒中心軸線與軸的中心軸線重合；支桿套筒壁上正交設(shè)有支桿緊固螺釘，第二支桿插入支桿套筒內(nèi)，與支桿套筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；旋轉(zhuǎn)第二支桿使得支桿上端的測(cè)試部件被調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置后，由支桿緊固螺釘鎖定第二支桿。
13.如權(quán)利要求1所述的衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，其特征在于，用于測(cè)試光波導(dǎo)導(dǎo)波特性、光波導(dǎo)傳感器特性、表面等離子體共振傳感器特性、薄膜樣品厚度和折射率及光學(xué)特性；其中，在用于表面等離子體共振傳感器特性測(cè)試時(shí)，測(cè)試部件用棱鏡全反射測(cè)試裝置；在用于測(cè)試薄膜樣品厚度和折射率及光學(xué)特性時(shí)，測(cè)試部件用棱鏡全反射測(cè)試裝置， 待測(cè)薄膜樣品取代光傳感芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衰減全反射光學(xué)測(cè)量平臺(tái)，涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)，包括底座、轉(zhuǎn)動(dòng)臂、固定臂、測(cè)試部件等；測(cè)試部件為光波導(dǎo)測(cè)試裝置或光波導(dǎo)生化傳感器測(cè)試裝置或棱鏡全反射測(cè)試裝置。固定臂與固定圓盤成一整體，轉(zhuǎn)動(dòng)臂與固定圓盤同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)臂通過緊固螺釘鎖定；固定臂與固定圓盤置于底座上方，與底座固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)臂位于底座與固定圓盤之間；測(cè)角轉(zhuǎn)盤置于固定圓盤上方，與固定圓盤同軸固定連接；測(cè)試部件通過自身支桿固定在測(cè)角轉(zhuǎn)盤上，光源和探測(cè)器分別固定到各自支架上，光源支架和探測(cè)器支架再通過支桿分別固定到固定臂和轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，光源光穿過測(cè)試部件后被探測(cè)器接收。本發(fā)明裝置入射角準(zhǔn)確可調(diào)，可靈活接收出射光，重復(fù)性和通用性好。
文檔編號(hào)G01N21/01GK102998097SQ20111027675
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者祁志美, 張喆 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所