一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法技术

本发明专利技术公开一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法，包括半球型玻璃和金膜，所述半球型玻璃的底面镀有金膜，所述金膜镀于所述待测样品与所述半球型玻璃的界面处，所述半球型玻璃和金膜的下方为待测样品，所述半球型玻璃放置在所述待测样品上方，所述半球型玻璃的左上角为P偏振光入射端，且半球型玻璃的右上角为光出射端；本发明专利技术利用半球型玻璃用于探头关键部分，使均匀锥形光束入射底面镀有金膜的半球型玻璃，由于金膜与待测物体的表面等离子体共振效应，出射的锥形光束的同一截面上光强可呈现两侧强，中间弱的分布，通过CCD阵列探测，可以准确反映出光强分布，进而得出共振角，用于计算待测样品折射率，更加直观，响应速度更快。

A beam scanning SPR sensor and its application

【技术实现步骤摘要】
一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法。
技术介绍
探测金属表面的分子相互作用的量子光电现象，通常需要用到表面等离激元共振理论，现有技术中，通常利用单光束通过改变入射角的大小来寻找共振角的方法，不够直观，响应速度慢，且现有技术中，单光束需要机械转动扫描装置来改变入射角角度，需要比较多的装配仪器，使用麻烦，因此，本专利技术提出一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种光束扫描式SPR传感器及其使用方法，利用半球型玻璃用于探头关键部分，使均匀锥形光束入射底面镀有金膜的半球型玻璃，由于表面等离子体共振效应，出射的锥形光束的同一截面上光强可呈现两侧强，中间弱的分布，通过CCD阵列探测，可以准确反映出光强分布，进而得出共振角，用于计算待测样品折射率，把找共振角的问题转换到寻找光强极小值的问题，更加直观，响应速度更快。为了解决上述问题，本专利技术提出一种光束扫描式SPR传感器，包括半球型玻璃和金膜，所述半球型玻璃的底面镀覆有金膜，所述半球型玻璃的下方为待测样品，且半球型玻璃放置在所述待测样品上方，所述金膜贴合所述待测样品的界面，所述半球型玻璃的左上角为P偏振光入射端，且半球型玻璃的右上角为光出射端，所述半球型玻璃左上角的位置处设有第一透镜，且第一透镜左上角的位置处设有狭缝，所述半球型玻璃右上角的位置处设有第二透镜，且第二透镜的右上角位置处设有CCD阵列。进一步改进在于：所述半球型玻璃为高折射率逆磁磁光玻璃，且该半球型玻璃通过熔融、浇注法制备而成，可以通过外加磁场实现对光束偏振态的调制，改变入射到界面的P光分量，既可以提高装置的灵敏度，又可以引入其他变量来完成多参数的测量。进一步改进在于：所述金膜为高反射率的金薄膜。进一步改进在于：所述第一透镜和狭缝平行，入射P偏振光束将会以一个棱锥体入射到金膜上。进一步改进在于：所述第二透镜和CCD阵列平行，出射光束将会以一个棱锥体从玻璃与金膜界面处出射。一种光束扫描式SPR传感器使用方法，包括以下步骤：步骤一：将半球型玻璃放置在待测样品的顶部，使金膜贴合在待测样品的顶部界面；步骤二：利用光源从半球型玻璃的左上角投射多光束，多光束通过狭缝形成一个光带，光带通过第一透镜会聚并调制成光锥体，透过半球型玻璃；步骤三：步骤二中的光锥体照射到半球型玻璃与待测样品界面之间时，金膜与待测样品的界面上有电子被激发产生振荡电荷，形成表面等离子体波；步骤四：步骤三中的光锥体被金膜及待测样品界面反射为锥形光束，并出射至第二透镜，被第二透镜会聚并调制为出射光带，照射至CCD阵列；步骤五：CCD阵列通过图像呈现出SPR效应，准确反映出光强分布，通过光强的变化情况，观测并获得共振角，进而计算待测样品的折射率。进一步改进在于：所述步骤二中，多光束通过狭缝形成的光带为光强分布均匀的P偏振光带。进一步改进在于：所述步骤二中，光带通过第一透镜会聚的焦点位于半球型玻璃的球心。进一步改进在于：所述步骤二中，光锥体的几何入射角范围覆盖从复合体系的全反射临界角，且入射角的范围包含待测样品表面等离子体共振角。进一步改进在于：所述步骤四中，锥形光束的同一截面上光强呈现两侧强，中间弱的分布。本专利技术的有益之处为：本专利技术利用半球型玻璃用于探头关键部分，使入射光呈均匀锥形光束入射底面镀有金膜的半球型玻璃，由于金膜与待测物体的表面等离子体共振效应，出射的锥形光束的同一截面上光强可呈现两侧强，中间弱的分布，通过CCD阵列探测，可以准确反映出光强分布，进而得出共振角，用于计算待测样品折射率，把找共振角的问题转换到寻找光强极小值的问题，更加直观，响应速度更快，且本专利技术可去除机械转动扫描装置，大幅缩减了整套系统的装配仪器，另外，半球型玻璃为磁光玻璃，可以通过外加磁场实现对光束偏振态的调制，改变入射到界面的P光分量，既可以提高装置的灵敏度，又可以引入其他变量来完成多参数的测量。附图说明图1为本专利技术的原理示意图。其中：1、半球型玻璃；2、金膜；3、待测样品；4、第一透镜；5、狭缝；6、第二透镜；7、CCD阵列。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。根据图1所示，本实施例提供了一种光束扫描式SPR传感器，包括半球型玻璃1和金膜2，所述半球型玻璃1的底面镀覆有金膜2，所述半球型玻璃1的下方为待测样品3，且半球型玻璃1放置在所述待测样品3上方，所述金膜2贴合所述待测样品3的界面，所述半球型玻璃1的左上角为P偏振光入射端，且半球型玻璃1的右上角为光出射端，所述半球型玻璃1左上角的位置处设有第一透镜4，且第一透镜4左上角的位置处设有狭缝5，所述半球型玻璃1右上角的位置处设有第二透镜6，且第二透镜6的右上角位置处设有CCD阵列7。所述半球型玻璃1为高折射率逆磁磁光玻璃，且该半球型玻璃1通过熔融、浇注法制备而成，可以通过外加磁场实现对光束偏振态的调制，改变入射到界面的P光分量，既可以提高装置的灵敏度，又可以引入其他变量来完成多参数的测量。所述金膜为高反射率的金薄膜。所述第一透镜4和狭缝5平行，入射P偏振光束将会以一个棱锥体入射到金膜上。所述第二透镜6和CCD阵列7平行，出射光束将会以一个棱锥体从玻璃与金膜界面处出射。一种光束扫描式SPR传感器使用方法，包括以下步骤：步骤一：将半球型玻璃1放置在待测样品3的顶部，使金膜2贴合在待测样品3的顶部界面上；步骤二：利用光源从半球型玻璃1的左上角投射多光束，多光束通过狭缝5形成一个光强分布均匀的P偏振光带，光带通过第一透镜4会聚，会聚的焦点位于半球型玻璃1的球心，光带被调制成光锥体透过半球型玻璃1，光锥体的入射角范围覆盖从全反射临界角到接近90度，入射角的范围包含待测样品3表面等离子体共振角；步骤三：步骤二中的光锥体照射到半球型玻璃1与待测样品3界面之间时，金膜2与待测样品3的界面上有电子被激发产生振荡电荷，形成表面等离子体波；步骤四：步骤三中的光锥体被金膜2及待测样品3界面反射为锥形光束，锥形光束的同一截面上光强呈现两侧强，中间弱的分布，锥形光束出射至第二透镜6，被第二透镜6会聚并调制为出射光带，照射至CCD阵列7；步骤五：CCD阵列7通过图像呈现出SPR效应，准确反映出光强分布，进而得到共振角，计算待测样品3的折射率。本专利技术利用半球型玻璃1用于探头关键部分，使入射光呈均匀锥形光束入射底面镀有金膜2的半球型玻璃1，由于金膜2与待测物体3的表面等离子体共振效应，出射的锥形光束的同一截面上光强可呈现两侧强，中间弱的分布，通过CCD阵列7探测，可以准确反映出光强分布，进而得出共振角，用于计算待测样品3折射率，把找共振角的问题转换到寻找光强极小值的问题，更加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光束扫描式SPR传感器，包括半球型玻璃(1)和金膜(2)，其特征在于：所述半球型玻璃(1)的底面镀覆有金膜(2)，所述半球型玻璃(1)的下方为待测样品(3)，且半球型玻璃(1)放置在所述待测样品(3)上方，所述金膜(2)贴合所述待测样品(3)的界面，所述半球型玻璃(1)的左上角为P偏振光入射端，且半球型玻璃(1)的右上角为光出射端，所述半球型玻璃(1)左上角的位置处设有第一透镜(4)，且第一透镜(4)左上角的位置处设有狭缝(5)，所述半球型玻璃(1)右上角的位置处设有第二透镜(6)，且第二透镜(6)的右上角位置处设有CCD阵列(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种光束扫描式SPR传感器，包括半球型玻璃(1)和金膜(2)，其特征在于：所述半球型玻璃(1)的底面镀覆有金膜(2)，所述半球型玻璃(1)的下方为待测样品(3)，且半球型玻璃(1)放置在所述待测样品(3)上方，所述金膜(2)贴合所述待测样品(3)的界面，所述半球型玻璃(1)的左上角为P偏振光入射端，且半球型玻璃(1)的右上角为光出射端，所述半球型玻璃(1)左上角的位置处设有第一透镜(4)，且第一透镜(4)左上角的位置处设有狭缝(5)，所述半球型玻璃(1)右上角的位置处设有第二透镜(6)，且第二透镜(6)的右上角位置处设有CCD阵列(7)。


2.根据权利要求1所述的一种光束扫描式SPR传感器，其特征在于：所述半球型玻璃(1)为高折射率逆磁磁光玻璃，且该半球型玻璃(1)通过熔融、浇注法制备而成，可以通过外加磁场实现对光束偏振态的调制，改变入射到界面的P光分量，既可以提高装置的灵敏度，又可以引入其他变量来完成多参数的测量。


3.根据权利要求1所述的一种光束扫描式SPR传感器，其特征在于：所述金膜(2)为高反射率的金薄膜。


4.根据权利要求1所述的一种光束扫描式SPR传感器，其特征在于：所述第一透镜(4)和狭缝(5)平行，入射P偏振光束将会以一个棱锥体入射到金膜上。


5.根据权利要求1所述的一种光束扫描式SPR传感器，其特征在于：所述第二透镜(6)和CCD阵列(7)平行，出射光束将会以一个棱锥体从玻璃与金膜界面处出射。


6.一种光束扫描式SPR传感器使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将半球...

【专利技术属性】
技术研发人员：安昊，王双保，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42