用于检测折射率的ghSPR传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于检测折射率的ghSPR传感器，包括激光器、偏振分光棱镜、分光棱镜、斩光器、反射镜、SPR传感棱镜、位移探测器。激光器发出的光垂直入射至偏振分光棱镜后分为p偏振光和s偏振光。p光依次经过斩光器和分光棱镜后到达SPR传感棱镜，s光依次经过反射镜A、斩光器、反射镜B以及分光棱镜后到达SPR传感棱镜。SPR传感棱镜背面用折射率匹配液耦合了一个微流芯片，激光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器。本实用新型专利技术结构简单、稳定性好，具有高灵敏度的特点。

【技术实现步骤摘要】
用于检测折射率的ghSPR传感器
本技术属于SPR光学传感领域，涉及一种基于测量古斯-汉森位移的SPR传感器及检测方法。
技术介绍
表面等离子体共振传感器(surfaceplasmonresonancesensor，以下简称SPR传感器)是一种高精度折射率传感器。基于棱镜耦合结构的SPR传感器有两大类：(1)基于光强型SPR传感器：通过检测p偏振光光强的变化作为检测折射率变化的物理量；(2)基于相位型SPR传感器：通过将p偏振光反射前后相位变化量作为SPR传感相位信息，实现对折射率的高精度检测。传统的基于光强型SPR传感器的检测灵敏度较低，而基于相位型SPR传感器的光学检测系统很复杂，不利于产业化的仪器生产。本技术提出了一种基于古斯-汉森位移的SPR传感器(Goos-shiftsurfaceplasmonresonancesensor，以下简称ghSPR传感器)，其通过检测古斯-汉森位移(Goos-以下简称GH位移)，具有光学系统简单，同时传感灵敏度高的特点。利用SPR原理传感时，激发光在SPR传感面上发生能量耦合，倏逝波能量增大，使得反射光p偏振光光强会大幅度减小，而且相位会发生剧烈变化。相位的突变会大幅度增强GH位移。经过增强的GH位移量一般为微米量级，可以利用位移探测器直接进行测量。GH位移量与经过SPR传感面的反射光相位变化直接相关，因此GH位移的检测方式具有很高的传感灵敏度，而且具有较为简单的光学传感系统。
技术实现思路
1、技术目的。本技术提出了一种用于检测折射率的ghSPR传感器，以提高传感灵敏度。2、本技术所采用的技术方案。本技术提出的用于检测折射率的ghSPR传感器，激光器、偏振分光棱镜、斩光器、分光棱镜、SPR传感棱镜、位移探测器；激光器发出的光通过偏振分光棱镜后分为p偏振光和s偏振光；p偏振光依次经过斩光器和分光棱镜后到达SPR传感棱镜；s偏振光依次经过多级反射镜反射回分光棱镜后到达SPR传感棱镜，其中多级反射镜反射光程中通过斩光器；斩光器控制p偏振光和s偏振光只有一种偏振光通过，SPR传感棱镜背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通过的偏振光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器。更进一步具体实施方式中，所述的多级反射镜包括反射镜A、反射镜B；s偏振光依次经过反射镜A、斩光器、反射镜B反射回分光棱镜后到达SPR传感棱镜。更进一步具体实施方式中，s偏振光和p偏振光均垂直入射至偏振分光棱镜、分光棱镜，反射镜A和反射镜B入射光的夹角均为45°。更进一步具体实施方式中，所述的通过的偏振光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器，两种偏振光经过SPR传感棱镜反射后其相位变化分别可表示为：其中为s光相位变化，为p光相位变化，θ为偏振光入射至金膜时的入射角，θc为全反射临界角，εd为高折射介质的介电常数，ε0为真空介电常数。更进一步具体实施方式中，计算系统的GH位移量可具体表示为下式：其中δ为穿透深度β为传输常数，k0为真空中波矢。本技术提出的一种用于检测折射率的ghSPR传感器检测方法，按照如下步骤进行：步骤一搭建传感器光学系统：激光器发出的光通过偏振分光棱镜后分为p偏振光和s偏振光；p偏振光依次经过斩光器和分光棱镜后到达SPR传感棱镜；s偏振光依次经过多级反射镜反射回分光棱镜后到达SPR传感棱镜，其中多级反射镜反射光程中通过斩光器；斩光器控制p偏振光和s偏振光只有一种偏振光通过，SPR传感棱镜背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通过的偏振光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器。步骤二调整光路至SPR条件：用注射器向微流芯片内注射水，旋转斩光器，使得p偏振光能到达SPR传感棱镜。用光强传感器探测SPR传感棱镜反射的光强，慢慢旋转棱镜。当光强传感器检测出的光强为最小时，p光入射至SPR传感棱镜时的入射角满足SPR条件。步骤三标定传感器：配制一定浓度梯度的甘油水溶液，分别注入微流芯片。每次实验时，旋转斩光器使得位移传感器可分别测得p光位置以及s光位置，两者距离为此次实验的GH位移量。多次实验，作液体浓度-GH位移图，完成标定。步骤四实际检测：注射需检测的液体，旋转斩光器使得位移传感器可分别测得p光位置以及s光位置。计算其GH位移量，将其与标定图进行比对，得出检测液体的浓度。更进一步具体实施方式中，所述的步骤一中的多级反射镜包括反射镜A、反射镜B；s偏振光依次经过反射镜A、斩光器、反射镜B反射回分光棱镜后到达SPR传感棱镜。更进一步具体实施方式中，所述的步骤一中的s偏振光和p偏振光均垂直入射至偏振分光棱镜、分光棱镜，反射镜A和反射镜B入射光的夹角均为45°。3、本技术所产生的技术效果。(1)本技术的光路结构可以实现双偏振光位移量比对，实现高灵敏度检测。其中斩光器可控制p偏振光和s偏振光在到达斩光器后只有一种光能通过，s偏振光不发生共振，其作为系统的参考光，p偏振光在SPR传感器的金膜表面发生共振，其出射光同入射光相比具有一个GH位移，由位移探测器得到的p偏振光和s偏振光的位移差即可得到GH位移量。(2)本技术GH位移量同微流装置中流体的折射率呈线性关系，ghSPR传感器对流体折射率变化的响应量只有GH位移量，大大提高了SPR传感器的灵敏度。附图说明图1为本技术ghSPR传感器的系统图。附图标记说明：1-激光器、2-偏振分光棱镜、3-斩光器、4-分光棱镜、5-SPR传感棱镜、6-反射镜A、7-反射镜B、8-位移探测器。具体实施方式实施例1下面结合附图对本技术做进一步详述：如图1所示，ghSPR传感系统包括激光器1、偏振分光棱镜2、斩光器3、分光棱镜4、SPR传感棱镜5、反射镜A6、反射镜B7、位移探测器8；激光器1发出的光通过偏振分光棱镜2后分为p偏振光和s偏振光；p偏振光依次经过斩光器3和分光棱镜4后到达SPR传感棱镜5；s偏振光依次经过反射镜A6、反射镜B7反射回分光棱镜4后到达SPR传感棱镜5，其中多级反射镜反射光程中通过斩光器3；斩光器3控制p偏振光和s偏振光只有一种偏振光通过，SPR传感棱镜5背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通过的偏振光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器8，反射镜A6和反射镜B7入射光的夹角均为45°；因而在位移探测器可分别检测到p偏振光和s偏振光。。s偏振光和p偏振光均垂直入射至分光棱镜4，通过分光棱镜4沿同一光路进入SPR传感棱镜5。s偏振光不发生共振，其作为系统的参考光，p偏振光在SPR传感器的金膜表面发生共振，其出射光同入射光相比具有一个GH位移，GH位移量同微流装置中流体的折射率呈线性关系。ghSPR传感器对流体折射率变化的响应量只有GH位移量，大大提高了SPR传感器的灵敏度。本技术中GH位移的原理如下：根据麦克斯韦理论，以及菲涅尔定律，激发光以θ角入射至SPR传感棱镜面时，倏逝波沿界面传输的GH位移ΔxGH与反射光相位ΦR的变化有如下关系：当光经过反射后，s偏振光与p偏振光相位变化不同。本实例所采取的SPR传感棱镜是一个衰减全反射结构，故两种光经过传感面反射后其相位变化分别可表示为：其中为s光相位变化，为p光相位变化，θ为偏振光入射至金膜时的入射角，θc为全反射临界角，εd为高折射介质的介电常数，ε0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测折射率的ghSPR传感器，其特征在于：激光器（1）、偏振分光棱镜（2）、斩光器（3）、分光棱镜（4）、SPR传感棱镜（5）、反射镜（6、7）、位移探测器（8）；激光器（1）发出的光通过偏振分光棱镜（2）后分为p偏振光和s偏振光；p偏振光依次经过斩光器（3）和分光棱镜（4）后到达SPR传感棱镜（5）；s偏振光依次经过多级多级反射镜反射回分光棱镜（4）后到达SPR传感棱镜（5），其中多级反射镜反射光程中通过斩光器（3）；斩光器（3）控制p偏振光和s偏振光只有一种偏振光通过，SPR传感棱镜（5）背面用折射率匹配液耦合微流芯片，通过的偏振光在棱镜背面的金膜上反射后到达位移探测器（8）。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测折射率的ghSPR传感器，其特征在于：激光器（1）、偏振分光棱镜（2）、斩光器（3）、分光棱镜（4）、SPR传感棱镜（5）、反射镜（6、7）、位移探测器（8）；激光器（1）发出的光通过偏振分光棱镜（2）后分为p偏振光和s偏振光；p偏振光依次经过斩光器（3）和分光棱镜（4）后到达SPR传感棱镜（5）；s偏振光依次经过多级多级反射镜反射回分光棱镜（4）后到达SPR传感棱镜（5），其中多级反射镜反射光程中通过斩光器（3）；斩光器（3）控制p偏振光和s偏振光只有一种偏振光通过，SPR传感棱镜（5）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，王怡沁，江丽，佟金广，
申请(专利权)人：苏州优函信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32