【技术实现步骤摘要】
基于量子弱测量的表面等离子体共振传感器及金属表面介质折射率测量方法
本专利技术涉及量子光学技术
,涉及一种基于量子弱测量的表面等离子体共振传感器金属表面介质折射率测量方法,利用量子弱测量的弱值放大特性,来进一步使折射率传感灵敏度比现有的SPR传感器提高至少两个数量级,可适用于生物、化学、食品安全等领域的实时、无标记的微弱分子相互作用过程的高灵敏度探测。
技术介绍
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)是发生在金属/介质表面纳米尺度范围的光学共振现象,对金属膜表面截止折射率的变化异常敏感,因此被用来发展各种高灵敏的折射率传感器(即SPR传感器)。SPR传感器基于纯物理光学效应,无需分子标记和样品纯化,也不需要在真空或者导电的环境下进行,抗干扰能力强,可对分子之间的相互作用进行原位实时测量,且相对于质谱和X光电子能谱成本较低,基于以上优势,这种传感器在物理、生物、化学、制药、环境以及食品安全等领域得到了广泛应用。然而,随着科技的进步,待测样品的浓度越来越低,甚至希望达到少数或者单分子两级,微小浓度变化引起的样品折射率变化更加微弱,这要求SPR传感器的灵敏度有一个较大的提升。现有SPR传感器(基于振幅、光谱、光强)的灵敏度一般1×10-4RIU~1×10-6RIU(RefractiveIndexUnit)之间,与光源和仪器的固有噪声水平相当,很难再有提升的空间。基于相位调制的SPR传感器利用TM和TE波在金属介质界面反射的相位差对折射率的敏感性,通过光的干涉来测量该相位差,灵敏度可以达到至2×10-7RIU(Wu,Chi ...
【技术保护点】
一种基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于包括发光装置、偏振态制备器、镀有金属膜的棱镜、样品耦合器、偏振态选择器和光电探测器,棱镜镀有金属膜的一面与样品耦合器中的样品接触;由发光装置发出的光束经偏振态制备器变成线偏振光、线偏振光经棱镜入射到棱镜‑金属膜‑样品界面,经界面反射形成椭圆偏振光或圆偏振光,椭圆偏振光或圆偏振光经偏振态选择器后由光电探测器接收;从棱镜反射出的光束偏振态与偏振态选择器设定的偏振态之间构成量子弱测量光路部分,两个偏振态之间的夹角为90°±△,△不大于5°。
【技术特征摘要】
2017.08.16 CN 20171070371951.一种基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于包括发光装置、偏振态制备器、镀有金属膜的棱镜、样品耦合器、偏振态选择器和光电探测器,棱镜镀有金属膜的一面与样品耦合器中的样品接触;由发光装置发出的光束经偏振态制备器变成线偏振光、线偏振光经棱镜入射到棱镜-金属膜-样品界面,经界面反射形成椭圆偏振光或圆偏振光,椭圆偏振光或圆偏振光经偏振态选择器后由光电探测器接收;从棱镜反射出的光束偏振态与偏振态选择器设定的偏振态之间构成量子弱测量光路部分,两个偏振态之间的夹角为90°±△,△不大于5°。2.根据权利要求1所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于入射到金属膜表面的入射角θ与金属/样品介质表面发生光学共振时的光束入射角θSPR之间的关系为θSPR-20°≤θ≤θSPR+20°。3.根据权利要求1所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于所述发光装置包括光源发生器以及设置于光源发生器出射光路上的能量调节器;所述光源发生器为激光器、激光二极管、超辐射发光二极管、白光发生器、量子光源发生器;所述能量调节器为二分之一波片或中性衰减片。4.根据权利要求1所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于所述偏振态制备器为偏振器或者偏振器与相位补偿系统的组合;所述偏振态选择器,为偏振器或者偏振器与相位补偿系统的组合;所述偏振器为格兰激光偏振棱镜或偏振分光镜;所述相位补偿系统为相位补偿器、四分之一波片、二分之一波片中的至少一种。5.根据权利要求4所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于所述偏振态制备器的光轴与水平面所成夹角α满足:0<α≤20°。6.根据权利要求1所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器,其特征在于所述光电探测器为电荷耦合元件、光谱仪或光电倍增管。7.利用权利要求1至6任一权利要求所述基于量子弱测量的表面等离子体传感器测量金属表面介质折射率的方法,其特征在于包括以下步骤:(1)调节所述表面等离子体传感器的光路,使棱镜反射出的光束偏振态与偏振态选择器设定的偏振态之间构成量子弱测量光路部分,两个偏振态之间的夹角为90°±△,△不大于5°,将待测样品放入样品耦合器中,由发光装置发出的光经偏振态制备器、棱镜入射到金属膜表面,由金属膜表面反射的光束经偏振态选择器后由光电探测器接收;通过光电探测器记录接收光束的光强I;(2)根据以下公式(i)得到从棱镜反射出的反射光束偏振态为:|ψ′>=|Rp|exp(iφp)cosα|H>+|Rs|exp(iφs)sinα|V>(i)其中,|Rp,s|是广义菲涅尔反射系数Rp,s沿水平方向H和垂直方向V的振幅,φp,s是广义菲涅尔反射系数Rp,s沿水平方向H和垂直方向V的相位,α为偏振态制备器光轴与水平方向之间的夹角;|H>为光束偏振态沿水平方向,|V>为光束偏振态沿垂直方向;
【专利技术属性】
技术研发人员:张志友,邱晓东,罗兰,谢林果,李兆雪,刘雄,
申请(专利权)人:四川大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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