專利名稱：激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及到光學(xué)掃描裝置，尤其是一種激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置。
背景技術(shù)：
表面等離子體共振是一種金屬表面自由電子的一種團(tuán)體運(yùn)動(dòng)。一束光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)大于臨界角入射時(shí)，會(huì)在兩介質(zhì)界面發(fā)生全反射。但在界面處，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度并不馬上變?yōu)榱?，而是部分進(jìn)入光疏介質(zhì)。這是因?yàn)榇嬖谙挪ǎ沟霉鈴?qiáng)在界面部分隨透射深度的增加呈指數(shù)衰減。在與測(cè)試溶液相接的玻璃棱鏡表面涂以高反射率的金屬薄膜，入射光透過棱鏡照射到金膜上，激發(fā)金屬與界面上的電子產(chǎn)生電荷振蕩，進(jìn)而形成表面等離子體。消逝波能與等離子體發(fā)生能量耦合，產(chǎn)生共振，入射光的能量則大部分轉(zhuǎn)移到等離子體上，導(dǎo)致反射光的能量急劇降低，能量最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角即為SI^R角。各種物質(zhì)對(duì)應(yīng)SPR角度是不同的，因此需要一種光學(xué)掃描裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)掃描裝置，專用于激光表面等離子體共振檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，包括有作為光源的半導(dǎo)體激光器，其正前方依次保持有預(yù)定間距的設(shè)有平凸透鏡、偏振鏡、振鏡，所述平凸透鏡、偏振鏡、振鏡相互之間以及與半導(dǎo)體激光器之間的位置關(guān)系為讓半導(dǎo)體激光器發(fā)射出來的光聚焦在振鏡的中心位置，在振鏡的正下方設(shè)有透鏡組，振鏡的位置是在透鏡組物方的二倍焦距位置處，在透鏡組像方的單倍焦距處放置有反射鏡，所述反射鏡與透鏡組中心成45度角，還包括有柱面棱鏡，柱面棱鏡中心在透鏡組透鏡像方二倍焦距處，在柱面棱鏡的另一側(cè)與反射鏡對(duì)稱設(shè)置有光電傳感器。本發(fā)明的工作原理為本裝置是專用于激光表面等離子體共振檢測(cè)的光學(xué)掃描， 本裝置采用半導(dǎo)體激光器為光源，通過控制振鏡轉(zhuǎn)角，改變柱面棱鏡的入射角。通過各種透鏡等元件，并將光束耦合進(jìn)傳感器。傳感器將被檢測(cè)物的折射率或厚度信息或其變化轉(zhuǎn)換成共振條件(共振角或共振波長(zhǎng))及其變化。光強(qiáng)和角度信息由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集分析， 并最終獲得被檢測(cè)物的物理量。采用半導(dǎo)體激光器和振鏡，使整個(gè)裝置體積大大縮小，振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度更快，可以滿足樣品動(dòng)力學(xué)分析的需要。所述透鏡組包括雙凸透鏡、第一單凸透鏡、第二單凸透鏡。在所述柱面棱鏡中心位置表面鍍有金膜層。樣品經(jīng)過金膜時(shí)，則會(huì)使光強(qiáng)發(fā)生變化，將信號(hào)直接傳到光電傳感器，得出樣品折射率。本發(fā)明中各個(gè)部件的作用說明如下1)半導(dǎo)體激光器提供適當(dāng)波長(zhǎng)及接近線偏振激光束的光源2)偏振鏡改善激光束的線偏振特性3)平凸透鏡聚焦，改變激光束的束腰位置；使光學(xué)系統(tǒng)可以在結(jié)構(gòu)不變的情況下更換不同材料的柱面鏡5)振鏡一定角度的激光掃描6)三片式透鏡組使掃描光束經(jīng)過透鏡組后匯聚于一點(diǎn)；減少像差，降低光斑形變7)反射鏡提供合適的光束入射角度，使掃描光束基本沿徑向入射柱面棱鏡8)柱面棱鏡載體，使入射光束于平面發(fā)生全反射；使入射光束在柱面棱鏡內(nèi)于掃描方向的發(fā)散角最小，接近平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本裝置采用半導(dǎo)體激光器和振鏡，加上其他透鏡的巧妙組合，使整個(gè)體積大大縮小，振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度更快，可以滿足樣品動(dòng)力學(xué)分析的需要。


圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1所示，激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，包括有作為光源的半導(dǎo)體激光器1，其正前方依次保持有預(yù)定間距的設(shè)有平凸透鏡10、偏振鏡2、振鏡3，平凸透鏡10、偏振鏡2、振鏡3之間以及與半導(dǎo)體激光器1距離要求振鏡3的位置是固定的，然后根據(jù)平凸透鏡10焦距，調(diào)整平凸透鏡10偏振鏡2，半導(dǎo)體激光器1的距離，調(diào)整讓半導(dǎo)體激光器1出來的光剛好聚焦到振鏡3的中心，在振鏡3的正下方設(shè)有透鏡組4，振鏡3的位置是在透鏡組4物方的二倍焦距位置處，在透鏡組4像方的單倍焦距處放置反射鏡7，反射鏡 與透鏡組4中心成45度角，還包括有柱面棱鏡8，柱面棱鏡8中心在透鏡組4透鏡像方二倍焦距處，在柱面棱鏡8的另一側(cè)與反射鏡7對(duì)稱設(shè)置有光電傳感器9。透鏡組4由雙凸透鏡41、第一單凸透鏡42、第二單凸透鏡43組成。在棱鏡8中心位置表面鍍有金膜層。根據(jù)透鏡成像關(guān)系，在2倍焦距處的物將在像方2倍焦距處成等大像，基于這一關(guān)系，假定振鏡放置透鏡的的物方2f處，則其像將在像方2f’處會(huì)聚。為了改變柱面棱鏡入射角，在f’處放置反射鏡，同時(shí)，將柱面棱鏡中心置于2f’處，使入射光能通過半球柱面棱鏡，保證光束通過柱面棱鏡中心。只要柱面棱鏡入射角大于臨界角，則可發(fā)生全反射。在柱面棱鏡中心位置表面鍍上金膜，測(cè)量液經(jīng)過金膜時(shí)，則會(huì)使光強(qiáng)發(fā)生變化，將信號(hào)直接傳到光電傳感器，得出樣品折射率。請(qǐng)參閱圖2所示，使用中，將樣品池5放置在柱面棱鏡8上，本實(shí)施例部件的說明如下1、柱面棱鏡側(cè)面為半圓的柱面棱鏡，曲率半徑31. 2mm，掃描光線沿徑向入射，最后到達(dá)圓心位
置再反射。
2、光斑位置振鏡振動(dòng)范圍士5度，由系統(tǒng)的光線幾何追跡來看，光斑中心位于柱面棱鏡圓心， 且光斑中心位置最大偏移為0. 12mm。但光斑的大小會(huì)隨在柱面棱鏡平面的入射角改變而變化。由于在柱面棱鏡內(nèi)光束接近平行光，假設(shè)光束直徑為d，入射角為θ，則柱面棱鏡平面掃描方向光斑直徑為D = d/
COS θ 0由于要求的發(fā)散角在Imrad的量級(jí)，由激光束束腰半徑與激光束發(fā)散角的乘積為不變量，發(fā)散角小了光斑就會(huì)變大，應(yīng)該在2mm上下波動(dòng)(中心角度掃描方向光斑直徑在 1. 5mm 多)ο3、光束發(fā)散角激光束初始參數(shù)的計(jì)算，激光波長(zhǎng)635nm，光束發(fā)散角0. 5mrad,在Im處光束尺寸 3. 7mmX 1. 9mm，取1. 9mm計(jì)算(所以激光器安裝時(shí)最好是1. 9mm光斑方向與掃描方向同一
平面)。經(jīng)計(jì)算可得激光束腰半徑為0. 4mm,束腰位置位于激光器出射口 _705mm處。由激光束初始參數(shù)進(jìn)行高斯光束模擬，經(jīng)系統(tǒng)后在柱面鏡平面時(shí)掃描方向的光束發(fā)散角為0. 4mrad,而垂直于掃描方向沒有曲面進(jìn)行準(zhǔn)直(柱面棱鏡)，所以發(fā)散角為10多
mrado上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，其特征在于包括有作為光源的半導(dǎo)體激光器(1)，其正前方依次保持有預(yù)定間距的設(shè)有平凸透鏡(10)、偏振鏡O)、振鏡(3)，所述平凸透鏡(10)、偏振鏡O)、振鏡(3)相互之間以及與半導(dǎo)體激光器⑴之間的位置關(guān)系為讓半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)射出來的光聚焦在振鏡(3)的中心位置，在振鏡(3)的正下方設(shè)有透鏡組，振鏡(3)的位置是在透鏡組(4)物方的二倍焦距位置處，在透鏡組(4)像方的單倍焦距處放置有反射鏡(7)，所述反射鏡(7)與透鏡組(4)中心成45度角，還包括有柱面棱鏡(8)，柱面棱鏡(8)中心在透鏡組(4)透鏡像方二倍焦距處，在柱面棱鏡(8)的另一側(cè)與反射鏡(7)對(duì)稱設(shè)置有光電傳感器(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，其特征在于所述透鏡組(4)包括雙凸透鏡(41)、第一單凸透鏡(42)、第二單凸透鏡03)。
3.如權(quán)利要求1所述的激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，其特征在于在所述柱面棱鏡(8)中心位置表面鍍有金膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了激光表面等離子體共振系統(tǒng)光學(xué)掃描裝置，包括有作為光源的半導(dǎo)體激光器，其正前方依次保持有預(yù)定間距的設(shè)有平凸透鏡、偏振鏡、振鏡，所述平凸透鏡、偏振鏡、振鏡相互之間以及與半導(dǎo)體激光器之間的位置關(guān)系為讓半導(dǎo)體激光器發(fā)射出來的光聚焦在振鏡的中心位置，在振鏡的正下方設(shè)有透鏡組，振鏡的位置是在透鏡組物方的二倍焦距位置處，在透鏡組像方的單倍焦距處放置有反射鏡，所述反射鏡與透鏡組中心成45度角，還包括有棱鏡，棱鏡中心在透鏡組透鏡像方二倍焦距處，在棱鏡的另一側(cè)與反射鏡對(duì)稱設(shè)置有光電傳感器。本裝置采用半導(dǎo)體激光器和振鏡，加上其他透鏡的巧妙組合，使整個(gè)體積大大縮小，振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度更快，可以滿足樣品動(dòng)力學(xué)分析的需要。
文檔編號(hào)G01N21/63GK102346143SQ20111034475
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者劉日威, 張冠文, 蔡大川, 陳云, 陳江韓 申請(qǐng)人:中國廣州分析測(cè)試中心