一种多功能SPR检测仪的制作方法

本发明涉及光电检测技术领域，更具体地，涉及一种多功能SPR检测仪。

背景技术：

基于表面等离子体谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）效应的检测技术，其最主要的应用是检测介质的介电常数。介电常数是介质最基本、最重要的物理参数之一。物质的组份、物质间的相互反应等往往都可以通过相关联介质介电常数的变化反映出来。自上世纪80年代以来，基于SPR效应的检测技术发展十分迅猛，目前该项技术已被广泛应用于物理、生物、化学、环保、医学等领域中。近年来，人们在SPR检测仪结构的优化设计以及专用仪器的开发方面做了大量工作。目前，这方面的研究工作仍是热点课题。

SPR检测仪包括角度调制型，多采用单色光作为光源，采用电控旋转台逐点进行机械扫描，利用光电探测器对反射光强进行检测，通过分析反射谱中强度最低点对应的谐振角的位置，实现待测介质折射率的测量，单次角度扫描只能得到一条谱线。由于角度调制型SPR检测仪无法进行波长调制，因此无法将测量结果在相同设备中很方便地和波长调制测量结果进行比较，从而无法很好地保证数据的准确性。

技术实现要素：

为了克服以上现有技术的不足，本发明提供一种能够实现角度和波长调制的多功能SPR检测仪。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多功能SPR检测仪，包括依次连接的入射系统、转动系统和检测系统，所述入射系统发出的入射光经转动系统后最终到达检测系统；所述多功能SPR检测仪还包括用于对入射光的入射角度进行标定的角度标定系统，所述角度标定系统分别与转动系统和检测系统连接。本发明由于设置入射系统、转动系统和检测系统，入射系统采用单色光源时，在转动系统的配合下，可以得到归一化的SPR角度调制谱线；入射系统使用宽带光源时，在转动系统的配合下，可以的得到一系列归一化的SPR波长调制谱线，从而实现角度和波长调制。

所述入射系统包括宽带光源、激光二极管模块、第一光纤耦合透镜、第二光纤耦合透镜、光纤耦合器、抛物面反射式准直器、偏振棱镜、可调光阑、非偏振分光棱镜和第一转轮，所述非偏振分光棱镜设置在第一转轮上；

当进行波长调制时，宽带光源发射的入射光依次通过第二光纤耦合透镜、光纤耦合器、抛物面反射式准直器、偏振棱镜、可调光阑和非偏振分光棱镜射入转动系统；当进行角度调制或角度标定时，激光二极管模块发射的入射光依次通过第一光纤耦合透镜、光纤耦合器、抛物面反射式准直器、偏振棱镜、可调光阑和非偏振分光棱镜射入转动系统。

进一步的，所述入射系统还设有第一电控平移台，所述抛物面反射式准直器、偏振棱镜、可调光阑和第一转轮采用笼式共轴结构设置在第一电控平移台上，装置的机械稳定性得到极大的提高，且调节方便快捷。

进一步的，所述抛物面反射式准直器与光纤耦合器对接的接口采用SMA、FC/PC或FC/APC光纤输入接口。

所述转动系统包括电控旋转台和设置于电控旋转台上的菱形棱镜，所述菱形棱镜一侧面设有激发SPR效应的膜系，进入转动系统的入射光线在菱形棱镜内部发生发射和折射后射出，进入检测系统。

所述检测系统包括第二电控平移台、反射镜、第二转轮、第三光纤耦合透镜和光纤光谱仪，所述反射镜设置在第二转轮上，所述第二转轮和第三光纤耦合透镜设置在第二电控平移台上；进入检测系统的入射光依次通过反射镜和第三光纤耦合透镜后照射至达光纤光谱仪，所述光纤光谱仪与后台计算机连接。

进一步的，所述检测系统还包括第一消色差透镜、第二消色差透镜、第三消色差透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和数据采集卡；入射系统的部分出射光通过第一消色差透镜照射至第一光电探测器，转动系统的部分出射光通过第二消色差透镜照射至第二光电探测器，检测系统的部分出射光通过第三消色差透镜照射至第三光电探测器；所述第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器分别与数据采集卡连接，所述数据采集卡与后台计算机连接。

所述多功能SPR检测仪还设有还设有用于驱动第一电控平移台、第二电控平移台和电控旋转台进行工作的步进电机驱动器，所述步进电机驱动器与后台计算机连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明重新设计了结构和光路，实现了一个SPR检测仪既可用于角度调制方式，又可用于波长调制方式，同时采用笼式共轴结构能提高装置的机械稳定性；当以角度调制方式工作时，可方便地更换入射光源，不需调整整个入射系统，提高了测量的稳定性和便捷性；当以波长调制方式工作时，能够获得对应于不同入射角度的一系列波长谐振光谱，同时获得对应于光谱中各个波长的角度调制谱线，能够方便快捷地表征用来激发SPR效应的膜系。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的解释说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1所示，一种多功能SPR检测仪，包括入射系统、转动系统、检测系统和角度标定系统，所述入射系统包括宽带光源5、激光二极管模块6、第一光纤耦合透镜7、第二光纤耦合透镜8、光纤耦合器9、抛物面反射式准直器10、偏振棱镜11、可调光阑12、非偏振分光棱镜13和第一转轮14，所述非偏振分光棱镜13设置在第一转轮14上；当进行波长调制时，由宽带光源5发射的入射光通过第二光纤耦合透镜8照射至光纤耦合器9，当进行角度调制时，激光二极管模块6发射的入射光通过第一光纤耦合透镜7照射至光纤耦合器9；然后入射光依次通过抛物面反射式准直器10、偏振棱镜11、可调光阑12和非偏振分光棱镜13后射入转动系统。所述入射系统还设有第一电控平移台15，所述抛物面反射式准直器10、偏振棱镜11、可调光阑12和第一转轮14采用笼式共轴结构设置在第一电控平移台15上。所述抛物面反射式准直器10与光纤耦合器9对接的接口采用SMA光纤输入接口。

所述转动系统包括电控旋转台16和设置于电控旋转台16上的菱形棱镜32。本实施例中，所述菱形棱镜32具有第一侧面1、第二侧面2、第三侧面3和第四侧面4，第一侧面1设有激发SPR效应的膜系17。

所述检测系统包括第二电控平移台28、反射镜25、第二转轮26、第三光纤耦合透镜27和光纤光谱仪29，所述反射镜25设置在第二转轮26上，所述第二转轮26和第三光纤耦合透镜27设置在第二电控平移台28上；进入检测系统的入射光依次通过反射镜25和第三光纤耦合透镜27后照射至达光纤光谱仪29，所述光纤光谱仪29与后台计算机31连接。

所述检测系统还包括第一消色差透镜19、第二消色差透镜20、第三消色差透镜22、第一光电探测器18、第二光电探测器21、第三光电探测器23和数据采集卡24，

入射系统的部分出射光通过第一消色差透镜19照射至第一光电探测器18，转动系统的部分出射光通过第二消色差透镜20照射至第二光电探测器21，检测系统的部分出射光通过第三消色差透镜22照射至第三光电探测器23；所述第一光电探测器18、第二光电探测器21和第三光电探测器23分别与数据采集卡24连接，所述数据采集卡24与后台计算机31连接。

所述的多功能SPR检测仪还设有用于驱动第一电控平移台15、第二电控平移台28和电控旋转台16进行工作的步进电机驱动器30，所述步进电机驱动器30与后台计算机31连接。

进行角度调制时，在标定角度值后，激光二极管模块发射出某一中心波长的激光，通过调节两个电控平移台，使入射光入射到激发SPR效应的膜系17上，然后随着转动系统扫描入射角度、检测系统采集电压数据，通过计算菱形棱镜32表面反射和色散效应，最终可以得到由菱形棱镜32第一侧面1的入射角度θ与归一化反射率R之间的对应关系构成的角度调制谱线R(θ)。

进行波长调制时，在标定角度值后，选择宽带光源5，调节入射系统中的第一电控平移台15，使入射光经棱镜折射后，入射到激发SPR效应的膜系17上，检测系统的第二电控平移台28作相应的平移，然后随着转动系统逐步的扫描入射角度、光纤光谱仪29采集光谱，可以得到对应于入射角度值的一系列波长调制光谱，通过计算修正菱形棱镜32表面反射和色散效应、波长调制光谱除以参考光谱，最终可以得到对应于菱形棱镜32第一侧面1的入射角度θ的一系列归一化反射率光谱R(λ)。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。