专利名称：一种表面等离子体共振传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种表面等离子体共振传感装置， 特别是一种基于高精细度腔的表面等离子体共振传感系统，主要用于食品 安全、环境监测、生物、化学及医学等领域的痕量物质检测。 技术背景
表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,简称SPR)是一种物 理光学现象，在上世纪初被Wood发现。60年代，德国科学家0tto和 Kretchmann分别独立实用新型了用可见光激发表面等离子体的方法。80年 代，瑞典科学家Liedberg将这一技术用于生物大分子相互作用的检测。之 后，表面等离子体共振传感技术迅速发展，发展成为十分有用的检测技术。
表面等离子体共振传感技术可广泛应用到食品安全、环境监测、生物、 化学及医学等领域。在食品安全领域主要应用包括农、兽药残留量的检 测，食品中微生物污染检测，生物毒素的检测等等。在环境监测领域，表 面等离子体共振检测技术可以检测多环芳烃类、多氯联苯类、酚类、烷烃、 芳香族化合物和重金属离子等有毒有污染物质。在生物学以及相关领域， 基于表面等离子体共振的生物传感技术，通过分析生物分子如蛋白质-蛋白 质、药物-蛋白质、蛋白质-核酸、核酸-核酸之间的相互作用，得到相应组 分的痕量浓度以及有关性质。
由于对检测灵敏度的要求越来越高，高灵敏度表面等离子体共振传感 系统成为痕量物质测量技术发展趋势之一。在先技术中，有一种表面等离 子体传感器(参见中国发明专利"波长调制偏振型表面等离子体波传感器"， 专利号号ZL01136673.7)。该表面等离子体共振传感器具有相当的优点， 但是，仍然存在不足，主要为用于测量的光束在传感部件中发生一次全反 射，致使探测器探测到的表面等离子体共振吸收信号为被测物质一次作用 于光束的信号，所以导致探测灵敏度不高，有很大的探测灵敏度提升空间。
发明内容
本实用新型要解决的问题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种 高精细度腔表面等离子体共振传感装置，具有检测灵敏度高，模块化程度 高、系统简单，技术可以移植性强等特点。
本实用新型的基本构思是将高精细度腔吸收光谱技术思想应用表面 等离子体共振传感，在作为表面等离子体共振传感部件棱镜上，将光束入 射和光束出射两个面上镀有与入射光束波长相匹配的高反射膜，两个高反 射面构成高精细度腔。光束传播经过棱镜时，光束在高精细度腔内往返传 播，每次往返均在棱镜镀有金属模的一面发生表面等离子体共振，与被测 物质相互所用，在出射高反射面发射反射时，均有部分光透射。探测器探 测光束出棱镜的光强，是经过多次表面等离子体共振效应后光束，具有高 检测灵敏度高，模块化程度高、系统简单等特点。
本实用新型包括激光光源、表面等离子体传感器、光电探测器。表面 等离子体传感器为柱形棱镜，其横截面为等腰三角形，表面等离子体传感 器的底面镀有平面的金属反射膜，腰面分别镀有入射高反射膜和出射高反 射膜；入射高反射膜和出射高反射膜为球面结构。激光光源设置在入射高 反射膜一侧，其发射光路沿入射高反射膜的球面的径向指向球心。激光光 源与入射高反射膜之间沿激光光源的发射光路依次设置有光隔离器和起偏 器。出射高反射膜一侧沿出射光路依次设置有检偏器和光电传感，所述的 出射光路沿出射高反射膜的球面的径向指向球心。入射高反射膜的球面球 心、出射高反射膜的球面球心和金属反射膜的全反射点构成的平面柱形棱 镜的轴向垂直，并且满足
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其中，《为入射高反射膜的球面的曲率半径，^为出射高反射膜的球面的 曲率半径，丄光束由入射高反射膜经金属反射膜传播到出射高反射膜所经 过的距离。
所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。 本实用新型装置的工作过程为激光光源发出光束，经过光隔离器和起
偏器，形成县偏振光束，入射到表面等离子体传感器的入射高反射膜上， 部分光束投射后在的底面发生全反射，反射光束经过出射高反射膜透射， 经过检偏器传向光电探测器。光束的线偏振光束偏振平面与光束传输所在 平面平行，入射高反射膜和出射高反射膜为球面结构，形成光束传播的谐 振的高精细度腔，为光学稳定腔，光束在高精细度腔内往返传播，每次经 过光束出射面时，有部分光透射，达到光电探测器。从而，光电探测器得 到传感平面上发生全反射的反射光强度信息，通过调节激光光源改变光束 波长参数，在共振波长时，传感平面上发生等离子体共振，形成共振吸收 峰。发生全反射区域为接触被测物质区域。共振吸收峰幅值和共振波长与 传感平面全反射区域附近物质特性有关，从而可以得到被测物质信息，例 如，折射率，浓度等。通过改变检偏器检偏方向，可以得到不同光束出射 面出射的不同偏振方向光束的表面等离子体共振吸收峰幅值和共振波长的 变化，从而可以得到被测物质影响光束偏振的特性测量。
与现有技术相比，本实用新型的优点1)具有检测灵敏度高；2)模 块化程度高、系统简单；3)精细腔构成简单，只有一个光学元件；4)结
构简单稳定，对机械定位要求低；5)技术可以移植性强。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 本实施例的一种高精细度腔表面等离子体共振传感装置，具体结构如
图1所示。
高精细度腔表面等离子体共振传感装置包括激光光源1、表面等离子 体传感器4、光电探测器6。表面等离子体传感器4为柱形棱镜，其横截面 为等腰三角形，表面等离子体传感器的底面镀有平面的金属反射膜402， 腰面分别镀有入射高反射膜401和出射高反射膜403;入射高反射膜401 和出射高反射膜403为球面结构。激光光源1设置在入射高反射膜401 — 侧，其发射光路沿入射高反射膜401的球面的径向指向球心。激光光源1 与入射高反射膜401之间沿激光光源1的发射光路依次设置有光隔离器2
和起偏器3。出射高反射膜403 —侧沿出射光路依次设置有检偏器5和光 电传感器6，所述的出射光路沿出射高反射膜403的球面的径向指向球心。 入射高反射膜401的球面球心、出射高反射膜403的球面球心和金属反射 膜402的全反射点构成的平面柱形棱镜的轴向垂直，并且满足
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其中，《为入射高反射膜的球面401的曲率半径，^为出射高反射膜 403的球面的曲率半径，丄光束由入射高反射膜经金属反射膜402传播到 出射高反射膜403所经过的距离。
激光发射模块1为波长可调谐线偏振光激光器，表面等离子体传感器 4的金属反射膜402为厚度为50nm的金薄膜，光电探测器6采用光电倍增 管，被测样品选择醇类。
本实用新型装置的工作过程为激光光源1发出光束，经过光隔离器2和 起偏器3，形成县偏振光束，入射到表面等离子体传感器4的入射高反射 膜401上，部分光束投射后在金属反射膜402发生全反射，反射光束经过 出射高反射膜403透射，经过检偏器5传向光电探测器6。光束的线偏振 光束偏振平面与光束传输所在平面平行，入射高反射膜401和出射高反射 膜403为球面结构，形成光束传播的谐振的高精细度腔，为光学稳定腔， 光束在高精细度腔内往返传播，每次经过光束出射面时，有部分光透射， 达到光电探测器6。从而，光电探测器6得到传感平面上发生全反射的反 射光强度信息，通过调节激光光源1改变光束波长参数，在共振波长时， 金属反射膜402上发生等离子体共振，形成共振吸收峰。发生全反射区域 为接触被测物质区域。共振吸收峰幅值和共振波长与金属反射膜402附近 物质特性有关，从而可以得到被测物质信息，例如，折射率，浓度等。本 实施例为浓度测量。通过改变检偏器检偏方向，可以得到不同光束出射面 出射的不同偏振方向光束的表面等离子体共振吸收峰幅值和共振波长的变 化，从而得到被测物质影响光束偏振的特性测量。检测灵敏度高，模块化 程度高、系统简单。
权利要求1、一种表面等离子体共振传感装置，包括激光光源、表面等离子体传感器、光电探测器，其特征在于表面等离子体传感器为柱形棱镜，其横截面为等腰三角形，表面等离子体传感器的底面镀有平面的金属反射膜，腰面分别镀有入射高反射膜和出射高反射膜；入射高反射膜和出射高反射膜为球面结构；激光光源设置在入射高反射膜一侧，其发射光路沿入射高反射膜的球面的径向指向球心，激光光源与入射高反射膜之间沿激光光源的发射光路依次设置有光隔离器和起偏器；出射高反射膜一侧沿出射光路依次设置有检偏器和光电传感，所述的出射光路沿出射高反射膜的球面的径向指向球心；入射高反射膜的球面球心、出射高反射膜的球面球心和金属反射膜的全反射点构成的平面柱形棱镜的轴向垂直，并且满足其中，R1为入射高反射膜的球面的曲率半径，R2为出射高反射膜的球面的曲率半径，L光束由入射高反射膜经金属反射膜传播到出射高反射膜所经过的距离。
2、 如权利要求1所述的一种表面等离子体共振传感装置，其特征在 于所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。
专利摘要本实用新型涉及一种表面等离子体共振传感装置。现有传感装置探测灵敏度低。本实用新型高精细度腔表面等离子体共振传感装置激光光源、表面等离子体传感器、光电探测器。表面等离子体传感器为等腰三棱镜，底面镀有平面的金属反射膜，腰面分别镀有球面结构的入射高反射膜和出射高反射膜。斜边面为光束入射面和光束出射面，底边面为传感平面，光束入射面和光束出射面为光束高反射率面，构成高精细度腔，探测器探测光束出棱镜的光强，是经过多次表面等离子体共振效应后光束。本实用新型具有高检测灵敏度高，模块化程度高、系统简单等特点。
文档编号G01N21/41GK201203579SQ200820087749
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者健 王, 高秀敏 申请人:杭州电子科技大学