专利名称：磁致旋光增强器件的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种新颖的微流控磁致旋光旋光增强器件结构及其工作原理，属于光 检测和光信息处理器件的技术领域。
背景技术：
微流控光学是一项具有重要意义的新技术，它将现代微流控技术和微光电子技术相结 合，研制一类能够根据外界环境变化、具有结构重组和自适应调节能力的光学集成器件和 系统，将在传感、通信、信息处理等领域具有重要的应用前景[l]。
微流控光学检测系统的微型化和集成化是微流控技术的发展趋势[l]，微量流体物质的 光学检测也是微流控光学技术的重要研究课题之一[2]。对于含有顺磁和抗磁物质的流体介 质，可以通过法拉第磁致旋光效应来测量其包含物的浓度。微流控系统的问题是样品量微 小，光程严重受限，为了测量微小旋光角可以采用偏振调制的方法[3]，但这会增加测量装 置的复杂程度。另外， 一般的法拉第旋光检测可以采用增加光程的办法提高灵敏度，但是 这样却不利于仪器的小型化。
本发明根据法拉第磁光效应的非互易性[4]，设计了一种用于检测微小旋光角的旋光增 强器件。微流控磁旋光增强器件可以应用于磁光介质样品的参数测量。若对特定旋光增强 器的一次旋光角和输出光电流(或电压)关系进行标定以后，可以确定样品的一次旋转角， 进而得到样品的费尔德(Verdet)常数。若样品为包含磁光介质的液体，则可以获得样品 的浓度信息，并能实现对流动样品的实时、连续和自动监测。由于微流控磁旋光增强器结 构相对简单，也易于实现检测仪器的集成化和小型化，因此具有重要的技术价值，将会在 微流控系统的光学检测和光信息处理领域得到广泛的应用。 参考文献 Demetri Psaltis， Stephen R. Quake2 & Changhuei Yang, Developing optofluidic technology through the fusion of microf luidics and optics, Nature, Vol. 442, No. 27， (2006) 381-386梁忠诚，赵瑞，微流控光学及其应用，激光与光电子学进展，Vol.45, NO. 6， (2008) 16-23范淑华，徐丽珊，刘琳霞.平面偏振光微小偏转角的精密测量[J].华中科技大学学 报(自然科学版)，Vol. 35， No. 2, (2007) 122-124 — [4]赵凯华，钟锡华，光学(下册)(北京北京大学出版社)1984， 22
发明内容
技术问题本发明的目的在于提出一种新颖的微流控磁致旋光增强器件结构，解决微小旋光角检测问题。
技术方案本发明专利的微流控磁致旋光增强器件的基本结构如图1所示。该旋光增 强器由旋光反射腔和位于旋光反射腔外的偏振分束棱镜构成；旋光反射腔是由平行放置的 部分反射镜和全反射镜及位于其间的磁光介质构成，在通过样品的光程一定的情况下，沿 光传播方向加一磁场，根据磁光效应的非互易性，通过旋光增强器来提高对微小旋转角的 测量灵敏度；光源位于偏振分束棱镜旁。
旋光反射腔置于磁场中，磁场方向和光传播方向一致，其作用在于使穿过磁光介质的 平面偏振光的偏振方向转过一角度。所用的光源为非相干光源，其作用在于计算从旋光增 强器输出面后的光强就可以忽略相干效应，直接进行非相干叠加。
在通过样品的光程一定的情况下，沿光传播方向加一磁场。根据磁光效应的非互易性， 通过旋光增强器来提高对微小旋转角的测量灵敏度。
旋光反射腔可使线偏振光往返多次通过样品，增加通光总光程，从而提高对微小偏转 角的测量灵敏度。
旋光反射腔置于磁场中。磁场方向和光传播方向一致，其作用在于使穿过磁光介质的 平面偏振光的偏振方向转过一角度。
平行放置的反射镜分别由部分反射镜和全反射镜构成。全反镜的作用在于入射光穿过 磁光介质经全反镜反射能够再次穿过磁光介质。部分反射镜作用使偏振光部分出射，部分 能够再次穿过磁光介质，有利于旋光角再次增大。
光束进入部分反射镜和磁光介质之前，首先经过偏振分束棱镜。偏振分束棱镜的作用 在于使从非相干光源发出的光变成平面偏振光。
微流控磁致旋光增强器件的基本工作原理如下当一束平面偏振光穿过磁光介质时，如 果在介质中沿光传播的方向加一磁场，则光通过介质后，偏振面会转过一角度S且S与光 在介质中通过的距离L及介质中的磁感应强度B成正比，这就是著名的法拉第磁光效应。 法拉第效应的重要特性之一就是对于给定的物质，光矢量的旋转方向由磁场的方向决定， 而与光的传播方向无关，即通常所说的法拉第磁光效应的非互易性。当光束经样品介质往 返一周后，旋光角将倍增。在通过样品的光程一定的情况下，可以根据磁光效应的非互易 性，光束多次往返样品介质，旋光角将成倍的增大。
有益效果根据以上叙述可知，本发明具有如下特点
本专利将微流控技术与现代光学技术相结合，设计了一种微流控磁致旋光增强器，具 有重要的技术价值。本发明设计的微流控磁致旋光增强器件不但具有结构简单、容易制作、 适于集成的优点，而且能够在小光程限制条件下显著提高旋光角的检测灵敏度，同时克服 微量样品检测中光程较短的问题，并易于实现对液体样品进行连续、实时和自动检测。
创新之处在于能够实现微量样品的旋光检测问题以及小光程限制条件下显著提高旋 光角的检测灵敏度，这种微流控磁致旋光增强器件将会在微光学领域得到广泛的应用。
图l微流控磁致旋光增强结构示意图。图中有非相干光源l、光电探测器2、偏振分束 棱镜3、部分反射镜4、全反射镜5、处于均匀磁场中的磁光介质6、旋光反射腔7、旋光增 强器8以及磁场9。图2微流控磁致旋光增强器件工作原理示意图。
具体实施例方式
具体实施例l:本发明提出一种微流控磁致旋光增强器件，该旋光增强器8由旋光反射
腔7和位于旋光反射腔7外的偏振分束棱镜3构成；旋光反射腔7是由平行放置的部分反 射镜4和全反射镜5及位于其间的磁光介质6构成，在通过样品的光程一定的情况下，沿 光传播方向加一磁场9，根据磁光效应的非互易性，通过旋光增强器8来提高对微小旋转角 的测量灵敏度；光源1位于偏振分束棱镜3旁。
偏振分束棱镜使入射光在进入旋光反射腔之前变成平面偏振光。在通过样品的光程一 定的情况下，沿光传播方向加一均匀磁场。从偏振分束棱镜出来的线偏振光将在磁场作用 下偏振方向会发生偏转。旋光反射腔使线偏振光往返多次通过样品。根据磁光效应的非互 易性，经旋光发射腔多次反射后在出射的偏振光旋光角将远大于一次旋光角，从而提高微 小偏转角的测量灵敏度。本发明具体实施例1中部分反射镜4、全反射镜5可以置于微通道 内侧，此时待测磁光介质6可以为流体样品。此时可以对微量流体物质进行光学检测。
作为本发明的具体实施例2，微流控磁致旋光增强器件同样由旋光反射腔和偏振分束棱 镜构成；旋光反射腔是由平行放置的部分反射镜、全反射镜和位于其间的磁光介质构成， 其中平行放置的部分反射镜、全反射镜可以做成置于任意设定的环境，磁光介质可以是流 体也可以是固体样品。偏振分束棱镜使入射光在进入旋光反射腔之前变成平面偏振光。在 通过样品的光程一定的情况下，沿光传播方向加一均匀磁场。从偏振分束棱镜出来的线偏 振光将在磁场作用下偏振方向会发生偏转。旋光反射腔使线偏振光往返多次通过样品。根 据磁光效应的非互易性，经旋光发射腔多次反射后在出射的偏振光旋光角将远大于一次旋 光角，从而提高微小偏转角的测量灵敏度。其入射光源采用非相干光源，这样从旋光反射 腔出射的偏振光为非相干光，出射的总光强为非相干叠加。
作为本发明的具体实施例3,微流控磁致旋光增强器件同样由旋光反射腔和偏振分束 棱镜构成；旋光反射腔是由平行放置的部分反射镜、全反射镜和位于其间的磁光介质构成。 偏振分束棱镜使入射光在进入旋光反射腔之前变成平面偏振光。在通过样品的光程一定的 情况下，沿光传播方向加一均匀磁场。从偏振分束棱镜出来的线偏振光将在磁场作用下偏 振方向会发生偏转。旋光反射腔使线偏振光往返多次通过样品。根据磁光效应的非互易性， 经旋光发射腔多次反射后在出射的偏振光旋光角将远大于一次旋光角，从而提高微小偏转 角的测量灵敏度。其入射光源采用相干光源，这时从旋光反射腔出射的偏振光为相干光， 出射的总光强要考虑相干叠加的效果。
作为本发明的具体实施例4，微流控磁致旋光增强器件同样由旋光反射腔和偏振分束 棱镜构成；旋光反射腔是由平行放置的部分反射镜、全反射镜和位于其间的磁光介质构成。 偏振分束棱镜使入射光在进入旋光反射腔之前变成平面偏振光。在通过样品的光程一定的 情况下，沿光传播方向加一非均匀磁场。从偏振分束棱镜出来的线偏振光将在磁场作用下 偏振方向会发生偏转。旋光反射腔使线偏振光往返多次通过样品。根据磁光效应的非互易 性，经旋光发射腔多次反射后在出射的偏振光旋光角将远大于一次旋光角，从而提高微小 偏转角的测量灵敏度。其入射光源采用非相干光源，这时从旋光反射腔出射的偏振光为非 相干光，出射的总光强为非相干叠加的效果。作为本发明的具体实施例5，微流控磁致旋光增强器件同样由旋光反射腔和偏振分束 棱镜构成；旋光反射腔是由平行放置的部分反射镜、全反射镜和位于其间的磁光介质构成。 偏振分束棱镜使入射光在进入旋光反射腔之前变成平面偏振光。在通过样品的光程一定的 情况下，沿光传播方向加一非均匀磁场。从偏振分束棱镜出来的线偏振光将在磁场作用下 偏振方向会发生偏转。旋光反射腔使线偏振光往返多次通过样品。根据磁光效应的非互易 性，经旋光发射腔多次反射后在出射的偏振光旋光角将远大于一次旋光角，从而提高微小 偏转角的测量灵敏度。其入射光源采用相干光源，这时从旋光反射腔出射的偏振光为相干 光，出射的总光强要考虑相干叠加的效果。
权利要求
1、一种微流控磁致旋光增强器件，其特征在于该旋光增强器(8)由旋光反射腔(7)和位于旋光反射腔(7)外的偏振分束棱镜(3)构成；旋光反射腔(7)是由平行放置的部分反射镜(4)和全反射镜(5)及位于其间的磁光介质(6)构成，在通过样品的光程一定的情况下，沿光传播方向加一磁场(9)，根据磁光效应的非互易性，通过旋光增强器(8)来提高对微小旋转角的测量灵敏度；光源(1)位于偏振分束棱镜(3)旁。
2. 根据权利要求1所述的微流控磁致旋光增强器件，其特征在于旋光反射腔(7)置 于磁场(9)中，磁场(9)方向和光传播方向一致，其作用在于使穿过磁光介质的平面偏 振光的偏振方向转过一角度。
3. 根据权利要求1所述的微流控磁致旋光增强器件，其特征在于所用的光源(1)为 非相干光源，其作用在于计算从旋光增强器输出面后的光强就可以忽略相干效应，直接进 行非相干叠加。
全文摘要
微流控磁致旋光增强器件涉及一种新颖的微流控磁致旋光旋光增强器件结构，该旋光增强器(8)由旋光反射腔(7)和位于旋光反射腔(7)外的偏振分束棱镜(3)构成；旋光反射腔(7)是由平行放置的部分反射镜(4)和全反射镜(5)及位于其间的磁光介质(6)构成，在通过样品的光程一定的情况下，沿光传播方向加一磁场(9)，根据磁光效应的非互易性，通过旋光增强器(8)来提高对微小旋转角的测量灵敏度；光源(1)位于偏振分束棱镜(3)旁。根据法拉第磁光效应的非互易性。当光束经样品介质多次往返后，旋光角将成倍的增大。本发明设计的微流控器件具有结构简单、容易制作、适于集成的优点。
文档编号G02F1/09GK101487932SQ200910024460
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者梁忠诚, 瑞 赵 申请人:南京邮电大学