本发明设计一种微纳光子测谱成像光学系统，尤其涉及一种偏振分辨的表面等离激元共振光学测量系统。
背景技术：
表面等离激元共振是一种光子与等离激元纳米结构表面的自由电子相互作用过程中形成的电磁振荡，因其能够突破衍射极限以及实现局域电磁场增强，在超分辨率成像，生物医学热疗，拉曼光谱增强等领域得到广泛应用。对表面等离激元共振的光学表征，如共振峰的波长位置、共振峰的半高全宽等充分利用了共振效应。理论上，对于表面等离激元共振的光学表征既可以利用等离激元纳米结构的吸收光谱和散射光谱，还可以利用其消光光谱。目前大多采用明场或暗场散射光学显微镜——测量等离激元纳米结构的散射光谱，其优点在于光学分辨率较高，缺点在于成本高、结构复杂且难以测量偏振分辨的表面等离激元共振。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种简易、低成本的用于表征偏振分辨的表面等离激元共振的测谱和成像光学系统。
本发明的目的是这样实现的：一种偏振分辨的表面等离激元共振光学测量系统，包括有载物台、被测等离激元纳米结构、测谱主光路和成像光路，所述的测谱主光路至少包括一个白光光源、两根光纤、两个准直器、一个起偏器、一个半波片、两个共焦的聚光光学元件、一个分光光学元件和一个具有色散功能的光电探测器；所述的成像光路至少包括有两个共轭的聚光光学元件、一个分光光学元件和一个成像元件。
所述的测谱主光路中的光纤包括光纤一和光纤二，准直器包括有准直器一和准直器二，光纤一的一端与白光光源连接，光纤一的另一端与准直器一连接，光纤二的一端与准直器二连接，光纤二的另一端与具有色散功能的光电探测器连接；所述的测谱主光路中的共焦的聚光光学元件包括有聚光光学元件一和聚光光学元件二；所述的成像光路中的共轭的聚光光学元件包括有聚光光学元件三和测谱主光路中的聚光光学元件二；所述的测谱主光路与成像光路共用一个分光光学元件。
所述的被测等离激元纳米结构放置于两个共焦的聚光光学元件的共同焦点处，两个准直器位于两个共焦的聚光光学元件的两侧，两根光纤位于两个准直器的两侧，白光光源位于测谱主光路和成像光路的始端，起偏器和半波片沿光束传播方向依次位于准直器一和聚光光学元件一中间的某一位置，具有色散功能的光电探测器位于测谱主光路中沿光束传播方向的末端。
所述的聚光光学元件包含但不局限于透镜或物镜。
所述的起偏器包含但不局限于偏振片、具有起偏功能的分光棱镜或者立方体。
所述的分光光学元件包含但不局限于分光玻片、分光棱镜、分光立方体或光纤分束器。
所述的具有色散功能的光电探测器包含但不局限于单色仪、光谱仪或色散元件和示波器的组合。
所述的成像元件包含但不限于传统摄像机或由ccd、cmos阵列所组成的数码摄像机，其波长感应范围包含白光光源光谱范围内的某一波段。
所述的白光光源是宽光谱光源，其光谱范围至少包含可见光波段。
本发明的有益效果：在实际应用中，仅需转动光学系统中的半波片即可定量改变激发光（白光光源）的偏振态，再分别对测谱主光路焦点处于被测等离激元纳米结构区域内和区域外的透射光信号进行收集，即可快速获取等离激元纳米结构所对应的表面等离激元谐振的波峰位置和半高全宽，大大降低了表征偏振分辨的表面等离激元谐振光学性质的工作量和成本，为等离激元纳米结构的设计和应用提供了有效依据。
附图说明
图1为偏振分辨的表面等离激元共振光学测量系统实施方案1；
图2为偏振分辨的表面等离激元共振光学测量系统实施方案2。
具体实施方式
实施例1：如图1和图2所示，一种偏振分辨的表面等离激元共振光学测量系统，包括有载物台、被测等离激元纳米结构、测谱主光路和成像光路。
载物台为一个二维或三维可移动的载物台，将带有等离激元纳米结构的样品固定在此载物台上。载物台位于测谱主光路中两个共焦的聚光光学元件的共焦处，共焦是两个聚光光学元件的重合焦点。
如图1所述的测谱主光路包括有白光光源，光纤一1和光纤二2、准直器一1和准直器二2、一个起偏器p1、一个半波片h1、两个共焦的聚光光学元件f1和f2、分光光学元件b1和一个具有色散功能的光电探测器；所述的成像光路至少包括有两个共轭的聚光光学元件f2和f3、一个分光光学元件b1和一个成像元件。
所述的白光光源是宽光谱光源，其光谱范围至少包含可见光波段，一般带有光纤输出接口。光纤一1的一端连接白光光源的输出接口，光纤一1另一端与准直器一1连接。准直器的工作波长和白光光源以及光电探测器的工作波长相匹配，准直器的na值与光纤的na值相匹配，准直器将光纤内的传输光输出为近似的平行光，也可以有效的收集外界平行光（或近似平行光）并将其耦合进光纤内。起偏器p1与半波片h1依次位于沿光束传播方向准直器1的后侧。起偏器优选偏振片，可以使入射光变成偏振光，当偏振光沿半波片法向入射时，半波片可对线偏振光的偏振态进行调节。具体地，将半波片转动某一角度θ，则入射光的偏振方向随之转动2θ。
所述的两个共焦的聚光光学元件f1和f2依次放置于沿光束传播方向半波片h1的后侧，聚光光学元件优选透镜或者物镜镜头，具有等离激元纳米结构的样品置于二维或者三维可移动载物台上，并将载物台放置于共焦光学元件的共同焦点处。
所述的分光光学元件b1位于测谱主光路沿光束传播方向聚光光学元件f2的后侧，把入射光分成两束，经分光光学元件b1分光后的一束光进入准直器二2，并由与其耦合的光纤二2传输至具有色散功能的光电探测器，经分光光学元件b1分光后的另外一束光进入成像光路。
测量光谱时，转动半波片的快轴成某一角度θ，分别测量入射光的焦点位于等离激元纳米结构阵列区域内和区域外时的透射光信号t(λ,θ)、r(λ,θ)，则等离激元纳米结构的偏振分辨的消光信号e(λ,θ)=[r(λ,θ)-t(λ,θ)]/r(λ,θ)，其中λ是光波长。t(λ,θ)是测谱主光路入射光焦点位于等离激元纳米结构阵列区域内时光电探测器所收集的光信号，r(λ,θ)是测谱主光路入射光焦点位于等离激元纳米结构阵列区域外时光电探测器所收集的参考光信号。
成像光路用于观察被测量等离激元纳米结构阵列并对其进行成像，核心是一对共轭的聚光光学元件f2、f3。待观察的等离激元纳米结构阵列位于成像光路中聚光光学元件f2的前焦面上，而成像光学元件则位于成像光路中聚光光学元件f3的后焦面上。成像元件优选由ccd、cmos阵列所组成的数码相机，其波长感应范围包含白光光源光谱范围内某一波段。
为了使得整个光学系统更加紧凑，成像光路中沿光束传播方向首次通过的聚光光学元件由测谱主光路中的某一聚光光学元件充当，即f2。测谱主光路和成像光路由同一个分光光学元件b1连接。
所述的聚光光学元件包含但不局限于透镜或物镜。
所述的起偏器包含但不局限于偏振片、具有起偏功能的分光棱镜或者立方体。
所述的分光光学元件包含但不局限于分光玻片、分光棱镜、分光立方体和光纤分束器。
所述的具有色散功能的光电探测器包含但不局限于单色仪、光谱仪或色散元件和示波器的组合。
本发明的具体操作步骤如下：
（1）按照附图1或附图2中的任意一种搭建和准直光路，成像元件优选数码摄像机，并连接显示器；
（2）把带有等离激元纳米结构阵列的样品固定在三维可移动的载物台上并放置于测谱主光路的共同焦点处，沿光轴方向（z方向）前后移动样品直至在显示器上观察到样品的清晰像；
（3）通过载物台在xy平面上移动样品，使得焦点位于等离激元纳米结构阵列的区域外，转动半波片快轴成某一角度θ，测量透射光谱信号r(λ,θ)；
（4）通过载物台在xy平面上移动样品，使得焦点位于等离激元纳米结构阵列的区域内，转动半波片快轴成某一角度θ，测量透射光谱信号t(λ,θ)；
（6）待测等离激元纳米结构阵列对应的偏振分辨的消光光谱e(λ,θ)=[r(λ,θ)-t(λ,θ)]/r(λ,θ)。
上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。