专利名称：自适应表面等离子体波气体折射率传感元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应表面等离子体波气体折射率传感元件，属工业测量技术领域。
早期的SPR折射率传感器主要利用反射光的振幅特性，这种折射率传感器的分辨率通常在10-5-10-6折射率单位的范围。近期的研究表明利用反射光的相位特性和干涉技术，可以将SPR折射率传感器的短期分辨率提高到优于×10-7。但是，SPR传感器不仅对折射率灵敏，对入射光波长和入射角同样灵敏。如果要保证除折射率变化引起的长期测量误差小于1×10-7折射率单位。对λ＝632.8的光来说，要求波长稳定性优于1×10-7。用稳频He-Ne激光器很容易满足这一要求，而入射角的稳定性要求小于2×10-7孤度，要想在长时间内控制光束的方向漂移小于2×10-7孤度则是相当困难的。这主要是传感器中的传感元件对折射率、波长和入射角都敏感。如果能设计一种新型传感元件，这个元件仅对折射率和波长敏感，而对入射角不敏感，则可以提高传感器的长期稳定性和分辨率。
本发明设计的自适应表面等离子体波气体折射率传感元件，包括一个三角棱镜ABCEDF，其特征在于在三角棱镜的光出射面ECBF上附加一个屋脊棱镜ECBFGH，光从ABFD面入射，经传感面ACED反射，经屋脊面BCHG面反射，经屋脊面HGFE反射，经传感面ACED反射，经原ABFD面出射。
本发明设计的自适应表面等离子体波气体折射率传感元件，与其它已报道的表面等离子体波相比，不仅有可能提供优于1×10-7的折射率分辨率，而且对光束漂移不灵敏，理论计算表明，当光束漂移1×10-5孤度时，对折射率测量的影响小于1×10-7折射率单位，因而系统的稳定性将得到很大提高。
图1是已有技术的传感元件结构示意图。
图2是本发明设计的传感元件结构示意图。
对图1的传感元件，如果入射光束因漂移而相对传感元件在入射面内改变Δα，则入射角改变Δα，对测量造成的影响为 图2所示是本发明设计的表面等离子体波元件，它的结构就是在原三棱镜光出射面BCEF上加一屋脊棱镜BCEFHG，其中角CHE为直角。图2所示结构中，光线传播如下光从ABFD面入射——经传感面ACED反射——经屋脊面BCHG面反射——经屋脊面HGFE反射——经传感面ACED反射——经原ABFD面出射。
屋脊棱镜BFECHG有两个作用第一个作用是折光，使出射光和入射光不重合，以便安排光学系统。第二个作用是它的功能相当于在平面BFEG的全反射；这样，当入射光束漂移Δα时，光第一次在传感面上的入射角改变Δα，在BFEC面的入射角改变Δα，而在BFEC的出射光则改变-Δα，这样，光第二次在传感面上的入射角则改变-Δα。这样当光束漂移Δα时，对测量造成的影响将是∂n∂α(Δα-Δα)=0,]]>也就是说光束漂移对测量的影响一次误差为零。
本光学传感元件在允许光束漂移的情况下，实现了光束漂移对测量没有一次误差的影响。传感元件自动适应了光束漂移的外界环境，因而称其为自适应表面等离子体波气体折射率传感元件。
值得指出的是上述传感元件消除一次影响误差，不消除二次影响误差。理论计算表明当光束改变1×10-5弧度时，对测量引起的误差小于1×10-7折射率单位。当光束改变1×10-4弧度时，对测量引起的误差小于1×10-5折射率单位。其影响程度大约与角度改变的平方成正比。
本发明适用于偏振型表面等离子体波传感器，特别适用于高分辨率的气体折射率传感。
权利要求
1.一种自适应表面等离子体波气体折射率传感元件，包括一个三角棱镜ABCEDF，其特征在于在三角棱镜的光出射面ECBF上附加一个屋脊棱镜ECBFGH，光从ABFD面入射，经传感面ACED反射，经屋脊面BCHG面反射，经屋脊面HGFE反射，经传感面ACED反射，经原ABFD面出射。
全文摘要
本发明涉及一种自适应表面等离子体波气体折射率传感元件,包括一个三角棱镜ABCEDF,其特征在于在三角棱镜的光出射面ECBF上附加一个屋脊棱镜ECBFGH,光从ABFD面入射,经传感面ACED反射,经屋脊面BCHG面反射,经屋脊面HGFE反射,经传感面ACED反射,经原ABFD面出射。本发明设计的传感元件,与其它已报道的表面等离子体波相比,不仅有可能提供优于1×10
文档编号G02B5/04GK1344926SQ01134380
公开日2002年4月17日 申请日期2001年11月2日 优先权日2001年11月2日
发明者郭继华, 殷纯永, 吴健, 陈涛 申请人:清华大学