一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置

本技术涉及光学，具体是一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置。

背景技术：

1、近年来，生物分子的手性鉴别以及浓度测量在药理学、生物学以及化学等领域被广泛关注。自然界中大多数dna和蛋白质是手性异构分子。这两种异构体被称为l-左旋和d-右旋，往往不同手性分子有不同的功能。比如：人体肝内的d-脯氨酸会引起肝细胞坏死等疾病，但是l-脯氨酸就是中枢神经系统的关键神经元调节器。有些药物的两个对映体中一个有药理活性而另一个有毒性作用，例如：沙利度胺手性分子一种异构体有镇静作用，另一种异构体对胚胎有致畸反应，造成了大量畸形婴儿的出生。可见手性分子的精确检测意义重大。常用的检测方法如圆二色性、旋光性和荧光传感器，但自然条件下细胞膜的散射限制了圆二色性的使用，且荧光传感器可能会破坏生物分子内部结构。主流方法如色谱法、质谱法等，大多需要添加其他试剂来鉴定，且分析时间长。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，解决现有技术存在的分辨度低、分析时间长等问题。

2、本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，包括依次设置的激光器、第一光阑、半波片、第一透镜、第一格兰偏振镜、比色皿、棱镜，还包括依次设置的第二光阑、第二格兰偏振镜、第二透镜、激光光束分析仪ccd，激光能从比色皿经棱镜反射进入第二光阑。

4、作为一种优选的技术方案，所述激光器为功率可调激光器。

5、作为一种优选的技术方案，所述激光器为能发出波长为632.8纳米激光的激光器。

6、作为一种优选的技术方案，所述第一透镜的焦距为25mm。

7、作为一种优选的技术方案，所述棱镜反射表面为棱镜耦合表面等离子共振结构。

8、作为一种优选的技术方案，第一格兰偏振镜用以对激光光束进行预选，经预选的激光光束通过装有手性溶液的比色皿照射至棱镜上进行全反射，全反射的入射角为73°。

9、作为一种优选的技术方案，所述激光器能发射水平偏振的高斯光束，高斯光束角谱的表达式如下：

10、

11、其中，ω0表示束腰宽度，kix、kiy分别为入射波矢的x分量和y分量。

12、作为一种优选的技术方案，激光入射至第一格兰偏振镜的偏振态|h>的表达式如下：

13、

14、其中，|+>表示左旋量子态、|->表示右旋量子态。

15、作为一种优选的技术方案，激光光束通过比色皿后，手性分子手性分辨装置的初态ψi的表达式如下：

16、ψi＝cosα|h>+sinα|v>；

17、其中，α表示手性溶液的旋光角，|h>表示水平偏振态，|v>表示垂直偏振态。

18、作为一种优选的技术方案，光斑位移的表达式为：

19、

20、

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、其中，βi表示入射角，<ζ>表示光斑位移，f表示第二透镜的有效焦距，j表示s偏振光和p偏振光的反射系数的比值，τ表示未经光路放大的本征光束位移，α表示旋光角，λ0表示激光源发出的激光波长，m表示波矢，ω0表示束腰半径，rs分别表示s偏振光的反射系数，rp分别表示p偏振光的反射系数，τh表示水平偏振光在界面反射所产生的光，τv表示垂直偏振光在界面反射所产生的光，r0表示光束的瑞利距离，[α]表示比旋度，l为光程、单位是dm，c为溶液浓度、单位是g/100ml。

28、本实用新型相比于现有技术，具有以下有益效果：

29、(1)采用本实用新型提供的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，可对较低浓度的手性分子溶液来进行手性分辨；

30、(2)采用本实用新型提供的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，增加了第二光阑，滤除了杂散光，提高了光斑的成像质量，且提升了手性检测的灵敏度；

31、(3)采用本实用新型提供的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，增加了棱镜耦合表面等离子共振(spr)结构，该结构可有效增大光自旋霍尔效应，提高手性分子检测灵敏度；

32、(4)采用本实用新型提供的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，可通过观测激光光束分析仪ccd上面的光斑偏移位移，即可分辨比色皿中手性溶液的手性。

技术特征：

1.一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，包括依次设置的激光器(1)、第一光阑(2)、半波片(3)、第一透镜(4)、第一格兰偏振镜(5)、比色皿(6)、棱镜(7)，还包括依次设置的第二光阑(8)、第二格兰偏振镜(9)、第二透镜(10)、激光光束分析仪ccd(11)，激光能从比色皿(6)经棱镜(7)反射进入第二光阑(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，所述激光器(1)为功率可调激光器。

3.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，所述激光器(1)为能发出波长为632.8纳米激光的激光器。

4.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，所述第一透镜(4)的焦距为25mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，所述棱镜(7)反射表面为棱镜耦合表面等离子共振结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，第一格兰偏振镜(5)用以对激光光束进行预选，经预选的激光光束通过装有手性溶液的比色皿(6)照射至棱镜(7)上进行全反射，全反射的入射角为73°。

7.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，所述激光器(1)能发射水平偏振的高斯光束，高斯光束角谱的表达式如下：

8.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，激光入射至第一格兰偏振镜(5)的偏振态|h>的表达式如下：

9.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，激光光束通过比色皿(6)后，手性分子手性分辨装置的初态ψi的表达式如下：

10.根据权利要求1所述的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，其特征在于，光斑位移的表达式为：

技术总结
本技术涉及光学技术领域，公开了一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性检测装置，包括依次设置的激光器、第一光阑、半波片、第一透镜、第一格兰偏振镜、比色皿、棱镜，还包括依次设置的第二光阑、第二格兰偏振镜、第二透镜、激光光束分析仪CCD，激光能从比色皿经棱镜反射进入第二光阑。本技术解决了现有技术存在的分辨度低、分析时间长等问题。

技术研发人员：彭进,侯俊勇,唐婷婷,肖佳欣,徐竟夺,李杰
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：20221226
技术公布日：2024/1/13