專利名稱：相位型表面等離子共振傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光電傳感技術領域，涉及一種相位型表面等離子共振傳感器。
背景技術：
光子學是一門既古老又年輕的學科，自激光發(fā)明以來，基于光學檢測的方法被逐 漸的提出。表面等離子共振傳感器(surface ρlasmon resonance sensor，以下簡稱SPR傳 感器)就是一種用激光激發(fā)金屬表面等離子體的共振來實現(xiàn)對樣品進行超高精度檢測的 新型傳感器。傳統(tǒng)的相位型SI3R傳感器采用馬赫-曾德(Mach-khnder)干涉儀，利用壓電陶瓷 片改變其一個干涉臂的光程來實現(xiàn)對入射激發(fā)光的相位調制。這種方法對實驗平臺穩(wěn)定 性，實驗環(huán)境空氣擾動和實驗光路準直等的要求非常高。為使實驗重復性好，必須使用高性 能的壓電陶瓷片，其價格往往非常昂貴。而且壓電陶瓷片重復定位精度往往在IOOnm以上， 所以其相位調制重復性不好。發(fā)明內容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術中相位型sra傳感器傳感穩(wěn)定度差且對實驗 環(huán)境要求苛刻的缺點，提出了一種相位型表面等離子共振傳感器。本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為相位型表面等離子共振傳感器包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、第 一檢偏器、第二檢偏器、第一探測器、第二探測器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金屬調制ο激光器發(fā)出的光經(jīng)起偏器后在第一分束器發(fā)生分束，第一次分束中的透射光入射 到金屬調制器，然后由金屬調制器回射至第一分束器，并在第一分束器發(fā)生反射，該反射光 經(jīng)第二分束器后發(fā)生分束，第二次分束中的透射光經(jīng)第一檢偏器后到達第一探測器；第二 次分束中的反射光經(jīng)過表面等離子共振棱鏡、第二檢偏器后到達第二探測器。所述的金屬調制器包括高反鏡、第一金屬反射片、第二金屬反射片、固定架、旋轉 平臺。第一金屬反射片與第二金屬反射片正交設置在固定架上，固定架與旋轉平臺連接， 旋轉平臺能夠帶動固定架產生旋轉運動，高反鏡所在的平面與入射到金屬調制器的光束垂 直。進入金屬調制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達高反鏡。高反 鏡反射光經(jīng)第二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返回。所述的樣品池與表面等離子共 振棱鏡的鍍金斜面壓合在一起。本實用新型中金屬調制器的原理如下根據(jù)麥克斯韋電磁場理論和薄膜理論，激光以入射角θ照射到金屬反射片并被 反射，其P光(平行于入射面的光場分量)和S光(垂直于入射面的光場分量)的相位會 發(fā)生不同大小的改變，我們稱P光和s光的相位改變值之差為入射角度θ下的金屬相位調 制角。金屬相位調制角大小與金屬復介電常數(shù)，金屬膜厚度，玻璃基板折射率和入射角θ有關。當其他參數(shù)固定時，通過改變激光在金屬表面的入射角θ可以控制金屬相位調制角 的大小。本實用新型的有益效果本實用新型中的金屬調制器利用金屬反射光改變光的相 位來實現(xiàn)對入射激發(fā)光的調制，該調制方法有精確度高，穩(wěn)定性好，可重復性強等優(yōu)點，因 此本實用新型可以高精度，準確地檢測樣品折射率。
圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為金屬調制器調制效果圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，相位型表面等離子共振傳感器包括激光器1、起偏器2、第一分束器 3-1、第二分束器3-2、第一檢偏器4-1、第二檢偏器4-2、第一探測器5-1、第二探測器5-2、表 面等離子共振棱鏡6、樣品池7和金屬調制器。激光器1發(fā)出的光經(jīng)起偏器2后在第一分束器3-1發(fā)生分束，其中的透射光入射 到金屬調制器，然后由金屬調制器回射至第一分束器3-1，并在第一分束器3-1發(fā)生反射， 該反射光經(jīng)第二分束器3-2后發(fā)生分束，其中的透射光經(jīng)第一檢偏器4-1后到達第一探測 器5-1 ；反射光經(jīng)過表面等離子共振棱鏡6、第二檢偏器4-2后到達第二探測器5-2。金屬調制器包括高反鏡8、第一金屬反射片9-1、第二金屬反射片9-2、固定架10、 旋轉平臺。第一金屬反射片9-1與第二金屬反射片9-2正交設置在固定架10上，固定架10 與旋轉平臺連接，旋轉平臺能夠帶動固定架10產生旋轉運動，高反鏡8所在的平面與入射 到金屬調制器的光束垂直。進入金屬調制器的光束經(jīng)第一金屬反射片9-1、第二金屬反射片 9-2反射后到達高反鏡10。高反鏡10反射光經(jīng)第二金屬反射片9-2、第一金屬反射片9-1 后原路返回。樣品池7與表面等離子共振棱鏡6的鍍金斜面壓合在一起。根據(jù)幾何光學反射定律，旋轉平臺可以改變第一金屬反射片上的入射角，而系統(tǒng) 出射光角度不變，總是按照原路返回。這樣，激光在第一金屬反射片和第二金屬反射片上分 別反射了兩次，從而實現(xiàn)了激光相位的調制。本實施例中的金屬反射片，采用真空濺射蒸鍍機在干凈的生物載玻片上鍍一層金 膜。為了使反射片上的光強損失降低，要求金膜厚度在IOOnm以上。生物載玻片尺寸為 25. 6X76X 1. 2mm。蒸鍍前要在超凈室百級區(qū)(每立方英尺空氣中直徑大于等于0. 5微米 的塵粒屬小于100個)用脫脂棉蘸取酒精乙醚1 3混合溶液擦洗生物載玻片的蒸鍍面三 遍，并把蒸鍍面朝下放置在干凈的玻璃皿里面。本實施例中旋轉平臺由步進電機驅動，平臺直徑100mm，重復性誤差小于 0.005°，最小旋轉角度0.00125°，轉動速度25度/秒，自重Ukg，工作電流1.7A。高反 鏡為鍍銀高反鏡，其直徑為40mm，在波長632. Snm處的反射率95%以上。激光器采用氦氖 激光器。如圖2所示，入射角統(tǒng)一指入射光在第一金屬反射片的入射角，相位調制角指ρ光 和S光的相位改變之差(圖中的1號金屬片和2號金屬片分別對應第一金屬反射片和第二金屬反射片)。 本實用新型的一個創(chuàng)新之處在于采用金膜反射的方式來調制激光相位。所鍍金膜 采用濺射蒸鍍法，其均勻性非常好，并可以通過控制濺射時間和電流來調節(jié)金膜厚度。金的 化學性質穩(wěn)定，在空氣中不易氧化，以金膜作為反射材料的金屬調制器的使用壽命長。本實 用新型另一個新穎之處在于使用兩片正交的金屬反射片，在改變入射角的情況下，保證出 射光的平行出射，這樣無需同步調整出射光路，非常方便使用。
權利要求1.相位型表面等離子共振傳感器，包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、第 一檢偏器、第二檢偏器、第一探測器、第二探測器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金屬調制 器；激光器發(fā)出的光經(jīng)起偏器后在第一分束器發(fā)生分束，第一次分束中的透射光入射到金 屬調制器，然后由金屬調制器回射至第一分束器，并在第一分束器發(fā)生反射，該反射光經(jīng)第 二分束器后發(fā)生分束，第二次分束中的透射光經(jīng)第一檢偏器后到達第一探測器；第二次分 束中的反射光經(jīng)過表面等離子共振棱鏡、第二檢偏器后到達第二探測器；所述的樣品池與 表面等離子共振棱鏡的鍍金斜面壓合在一起，其特征在于金屬調制器包括高反鏡、第一金屬反射片、第二金屬反射片、固定架、旋轉平臺；第一金 屬反射片與第二金屬反射片正交設置在固定架上，固定架與旋轉平臺連接，旋轉平臺能夠 帶動固定架產生旋轉運動，高反鏡所在的平面與入射到金屬調制器的光束垂直；進入金屬 調制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達高反鏡，高反鏡反射光經(jīng)第 二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返回。
專利摘要本實用新型涉及一種相位型表面等離子共振傳感器。傳統(tǒng)的相位型表面等離子共振傳感器采用壓電陶瓷位移平臺來調節(jié)相位，其價格昂貴，且相位調制的重復性不好。本實用新型包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、第一檢偏器、第二檢偏器、第一探測器、第二探測器、表面等離子共振棱鏡、樣品池和金屬調制器。金屬調制器中的第一金屬反射片與第二金屬反射片正交設置在固定架上，固定架與旋轉平臺連接，高反鏡所在的平面與入射到金屬調制器的光束垂直。進入金屬調制器的光束經(jīng)第一金屬反射片、第二金屬反射片反射后到達高反鏡。高反鏡反射光經(jīng)第二金屬反射片、第一金屬反射片后原路返回。本實用新型可以高精度，準確地檢測樣品折射率。
文檔編號G01N21/49GK201837583SQ20102055749
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權日2010年10月12日
發(fā)明者何賽靈, 葉高翱, 羅辰杰, 錢駿 申請人:浙江大學