用于相位型spr面阵传感的相位提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光子学，工程检测学和生物检测学交叉技术领域，具体涉及一种面阵 SPR传感的相位提取方法。
【背景技术】
[0002] 表面等离子共振传感器（Surface Plasmon Resonance Sensor, W下简称SPR传 感器）是一种高精度的折射率传感器。当激光W-定角度入射到金属薄膜时，可激发其表 面电子共振，即SPR。通过此方法可W实现对金属薄膜表面的样品折射率的高精度传感。发 生SPR时，反射光中的P光光强迅速衰减并伴随有相位的剧烈跳变。相位型SPR传感器通 过提取反射光中的P光和S光的相位差来检测样品的折射率变化，该种类型的SPR传感器 的传感精度最高。另外，相位型的SI^R传感器可用于高通量面阵成像，利用CCD成像技术来 实现多个通道样品的同时检测。
[0003] 为了得到相位型的SPR传感器的P光和S光的相位差，需要对其相位进行调制，一 般通过在入射光路中加入相位调制器来实现相位调制。目前使用比较多的是液晶相位调制 器（LCM)，压电陶瓷位移平台（PZT)和光弹调制器（PEM)等。基于LCM的调制器易受温度的 影响，基于PZT的调制器对实验平台的稳定度要求高，基于PEM的调制器成本高，调制方法 夏杂。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有相位型SPR面阵传感器中的相位调制器的温度稳定性高、实验平 台稳定度高、价格昂贵等特点，发明了一种全新的无需相位调制器的直接提取SPR面阵传 感的相位提取器及其相位提取方法。该种相位提取器无需引入相位调制器，直接提取带有 SPR信息的叹-A '避免了温度等外界因素对实验精度的影响，而且成本低，有很大的实际 应用潜力。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] 本发明中的相位提取器包括一个光分束器炬earn Splitter, BS)、一个光偏振分束 器（Polarized Beam Splitter, PBS)，H个完全相同的成像透镜，一个检偏器，H个完全相 同的CCD，一台计算机。一束携带有SPR相位信息的出射光，经过BS，分成两束光强一样的 光。其中一束光经过检偏器，得到P光和S光的45。干涉光，通过成像透镜在CCD上成像。 另一束光经过PBS，分成一束P光和一束S光，分别通过成像透镜在CCD上成像。可得到传 感面上某一确定点的H个CCD上的光强值；P光和S光的干涉光强I，P光光强Ip, S光光强 Is。根据公式/ = /f + ^s+2^/^cos咕-知，即可得到邸-&，其中吟为P光的相位差， 巧为S光的相位差，邸-A即SPR的相位信息。
[0007] 利用该相位提取器进行sra相位信息提取的方法，具体是：
[0008] 调整光分束器的位置，使得经过SPR传感面的出射光位于光分束器的中央。携带 有SPR相位信息的光，经过光分束器被分成两束传播方向相互垂直的完全相同的光。在其 中一束光传播方向上放入检偏器，并旋转偏振方向，使其处于P光和S光45°干涉偏振方 向。用一个成像透镜将光束聚焦至CCD上成清晰的像。另一束光经过光偏振分束器，被分 成传播方向相互垂直的P光和S光，分别用一个成像透镜将光束聚焦至CCD上成清晰的像。 此时，可W得到传感面的3幅CCD图像，即对传感面的每一个固定点都有3个光强；P光和S 光的干涉光强I，P光的光强Ip, S光的光强L。根据公式/ = /,，+ /.. + 2^^/7777cos(巧A)即 可算出& -口S，即可W得到该固定点的SPR相位信息。因此，根据得到的传感面的3幅CCD 图像，可W计算出整个传感面每一点的相位信息，进一步得到每一点对应的折射率信息。
[0009] 本发明具有的有益效果；本发明无需加入传统的相位调制器，可W直接提取 邸-A。克服了传统相位调制器LCM温度稳定性差、PZT抗震性差和阳M价格昂贵等缺点。 可W在环境温度变化和平台震动下，依然可W稳定的提取0P 一 A。由于该相位提取器的核 也部分是光分束器炬巧、光偏振分束器（PBS)、检偏器和H个成像透镜，相比相位调制器， 成本大大降低。同时，保证选用3个完全相同的成像透镜和成像CCD，可W将外界因素引起 的误差降至最低，实验精度高。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明方法所涉及的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明做进一步详述：
[0012] 一束入射光，在传感面发生SPR，出射光中的P光的光强会发生大幅度的衰减，并 相位发生剧烈跳变。而由于S光不能发生SPR，因此光强和相位基本没有变化，因此通过提 取出P光和S光的相位差，既可W得到SH?相位信息，进一步得到金属薄膜表面的折射率信 息。
[0013] 根据干涉公式/二/, + /, + cos(巧,-A)，若要提取吃-A，则需要知道I、Ip 和L。为了保证实验准确性和实验精度，需要同时获得I、Ip和I ,，因此本发明利用一个光 分束器和一个光偏振分束器来保证同时获得I、Ip和I
[0014] 如图1所示，携带有SPR相位信息的出射光经过光分束器，被分成两束光，其中一 束经过光检偏器，再经过成像透镜在CCD上成清晰的像。另一束光，经过光偏振分束器，被 分成P光和S光，分别经过成像透镜在CCD上成清晰的像。因此，对于传感面上的每一个点 都对应3个光强，可根据公5^
【主权项】
1.用于相位型SPR面阵传感的相位提取方法，使用一个光分束器、一个光偏振分束 器、一个检偏器、三个完全相同的成像透镜和三个完全相同的(XD，其特征在于：一束携 带有SPR相位信息的出射光，经过光分束器，分成两束传播方向相互垂直的完全相同的 光；其中一束光经过检偏器，得到P光和S光的45°干涉光，通过第一个成像透镜在第 一个(XD上成像；另一束光经过光偏振分束器，分成传播方向相互垂直的一束P光和一 束S光，分别通过另两个成像透镜在对应的C⑶上成像；由此可得到传感面上某一确定 点的三个C⑶上的光强值：P光和S光的干涉光强I，P光光强Ip，S光光强13;根据公式
即可得到％-代，％ -死即为SPR的相位信息。
【专利摘要】本发明公开了一种用于相位型SPR面阵传感的相位提取方法。本发明将携带有SPR相位信息的出射光，经过光分束器，分成两束传播方向相互垂直的完全相同的光；其中一束光经过检偏器，得到P光和S光的干涉光，通过第一个成像透镜在第一个CCD上成像；另一束光经过光偏振分束器，分成传播方向相互垂直的一束P光和一束S光，分别通过另两个成像透镜在对应的CCD上成像；由此可得到传感面上某一确定点的三个CCD上的光强值：P光和S光的干涉光强 ，P光光强，S光光强；根据公式即可得到相位差。本发明无需加入传统的相位调制器，可以直接提取相位差，克服了传统相位调制器LCM温度稳定性差、PZT抗震性差和PEM价格昂贵等缺点。
【IPC分类】G01N21-552, G01N21-41
【公开号】CN104568840
【申请号】CN201410826612
【发明人】江丽, 叶高翱, 杨薇, 何赛灵
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日