折射率传感装置及测量方法制造方法及图纸

本申请涉及一种折射率传感装置及测量方法，当所述第一激光光束和所述第二激光光束经过差分移频，回到所述激光器并与所述激光器内的原光场发生干涉，调制所述激光器的输出功率得到调制光束。该过程会存在一个10

【技术实现步骤摘要】
折射率传感装置及测量方法
本申请涉及测量领域，特别是涉及一种折射率传感装置及测量方法。
技术介绍
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)，属于一种物理光学现象。入射光由光密介质入射到光疏介质发生全反射时，入射光并非立即反射回光密介质，而是进入到光疏介质，形成倏逝波。根据麦克斯韦方程组，当两种介质之间存在金属薄膜或二维材料薄膜时，p偏振态的激光与薄膜材料层中的自由电子相互作用产生表面等离子体波(SurfacePlasmonWave,SPW)，从而在薄膜材料层激发SPR，其传播常数取决于周围介质的折射率。s偏振态的激光无法与薄膜材料层中的自由电子相互作用产生SPW，从而不能在薄膜材料层激发SPR。因此，即使SPR传感器表面的折射率发生很小的变化，也可以在SPR共振中产生可测量的光学参数(如强度、相位等)变化信息(p偏振态的相关光学参数对折射率变化敏感，而s偏振态的相关光学参数对折射率变化不敏感)。SPR传感器本质上是对膜层表面的介质折射率敏感，当待测介质的折射率发生变化时，引起表面等离子体传播常数发生变化，从而引起与其发生共振的光束的强度或相位发生变化。因此可以通过检测光束的强度或相位变化来实现对介质折射率的检测，以此为基础构建SPR传感器。但是，现有的SPR检测装置灵敏度不高，无法满足多种场合的高精度测量需求。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种折射率传感装置及测量方法。一种折射率传感装置，包括：激光发射装置，用于发射激光光束；r>第一声光移频器，用于将所述激光光束移频；棱镜，与所述第一声光移频器间隔设置，包括反射表面；依次设置于所述反射表面的材料层和微流体通道，所述微流体通道用于储存待测介质，所述激光光束射入所述棱镜在所述反射表面全反射，并在所述反射表面与所述材料层发生表面等离子共振；第二声光移频器，与所述棱镜间隔设置，用于将射出所述棱镜的激光光束移频，所述第一声光移频器和所述第二声光移频器差分移频；第一反射镜，与所述第二声光移频器间隔设置，用于使经过所述第二声光移频器射出的第一激光光束经原路径反射到所述激光发射装置；所述第一激光光束与所述激光发射装置内的原光场发生干涉效应，调制所述激光发射装置的输出功率，并通过所述激光发射装置输出调制光束；以及处理装置，用于通过所调制光束得到所述待测介质的折射率信息。在一个实施例中，还包括：偏振分光镜，与所述棱镜和所述第二声光移频器间隔设置，用于将射出所述棱镜的激光光束分为所述第一激光光束和第二激光光束；第三声光移频器，与所述偏振分光镜间隔设置，用于对所述第二激光光束移频，所述第一声光移频器和所述第三声光移频器差分移频；第二反射镜，与所述第三声光移频器间隔设置，用于使经过所述第三声光移频器射出的所述第二激光光束经原路径反射到所述激光发射装置，所述第一激光光束和所述第二激光光束与所述激光发射装置内的原光场发生干涉效应，调制所述激光发射装置的输出功率，并通过所述激光发射装置输出调制光束。在一个实施例中，还包括分光镜，设置于所述激光发射装置和所述第一声光移频器之间，用于将所述激光发射装置射出的调制光束反射到所述处理装置。在一个实施例中，还包括准直装置，设置于所述激光发射装置和所述分光镜之间，用于将从所述激光发射装置射出的激光准直。在一个实施例中，还包括四分之一波片，设置于所述第一声光移频器和所述棱镜之间，用于将从第一声光移频器射出的所述激光光束由偏振态从线偏振变为圆偏振。在一个实施例中，还包括：第三反射镜，设置于所述四分之一波片和所述棱镜之间，用于将从所述四分之一波片射出的所述激光光束反射至所述棱镜。在一个实施例中，还包括：第四反射镜，设置于所述偏振分光镜和所述棱镜之间，用于将从所述棱镜射出的所述激光光束反射至所述偏振分光镜。在一个实施例中，所述材料层包括二维材料或者金属材料。在一个实施例中，所述棱镜为等腰直角棱镜或半球棱镜，所述反射表面为所述等腰直角棱镜的斜面或所述半球棱镜的平面。在一个实施例中，所述微流体通道为聚二甲基硅氧烷材料。在一个实施例中，所述处理装置包括：光电探测器，用于接收所述调制光束，并将光信号转换为电信号；信号处理单元，与所述光电探测器连接，用于对所述电信号解调；数据处理单元，与所述信号处理单元连接，用于实时显示待测介质折射率变化所对应的光强强度变化或相位变化，并计算系统分辨率和灵敏度。一种所述的折射率传感装置的测量方法，包括：向所述微流体通道中放入第一介质，通过所述激光发射装置发射所述激光光束，通过所述处理装置得到与所述第一介质对应所述第一激光光束的光强或相位；向所述微流体通道中放入第二介质，通过所述激光发射装置发射所述激光光束，通过所述处理装置得到与所述第二介质对应的所述第一激光光束的光强或相位；基于所述第一介质对应所述第一激光光束的光强或相位和所述第二介质对应的所述第一激光光束的光强或相位以及所述第一介质的折射率和所述第二介质折射率之差，计算得到所述折射率传感装置的灵敏度。本申请涉及一种折射率传感装置及测量方法，当所述第一激光光束经过差分移频，回到所述激光器并与所述激光器内的原光场发生干涉效应，调制所述激光器的输出功率得到调制光束。该过程会存在一个106量级的增益放大，使微弱的回馈信号也能拥有足够的调制深度，依然可用于测量，这便是微片激光器移频光回馈具有高灵敏度的原因。因此便于精确地从调制光束中检测所述第一激光光束的光强或相位，而通过所述第一激光光束的光强或相位变化可以反应所述待测介质折射率变化，因而可以提高所述折射率传感装置对待测介质折射率变化测量的灵敏度和分辨率。附图说明图1为本申请一个实施例提供的折射率传感装置示意图；图2为本申请一个实施例提供的折射率传感装置示意图；图3为本申请一个实施例提供的折射率传感装置示意图；图4为本申请一个实施例提供的折射率传感装置示意图；图5为本申请一个实施例提供的折射率传感装置示意图；图6为本申请一个实施例提供的折射率传感装置光路示意图；附图标记说明：折射率传感装置10激光发射装置100第一声光移频器110棱镜120反射表面121材料层130微流体通道140偏振分光镜150第二声光移频器160第三声光移频器170第一反射镜180第二反射镜190处理装置200分光镜210准直装置220四分之一波片230第三反射镜240第四反射镜250光电探测器260信号处理单元270数据处理单元280具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折射率传感装置，其特征在于，包括：/n激光发射装置(100)，用于发射激光光束；/n第一声光移频器(110)，用于将所述激光光束移频；/n棱镜(120)，与所述第一声光移频器(110)间隔设置，包括反射表面(121)；/n依次设置于所述反射表面(121)的材料层(130)和微流体通道(140)，所述微流体通道(140)用于储存待测介质，所述激光光束射入所述棱镜(120)在所述反射表面(121)全反射，并在所述反射表面(121)与所述材料层(130)发生表面等离子共振；/n第二声光移频器(160)，与所述棱镜(120)间隔设置，用于将射出所述棱镜(120)的激光光束移频，所述第一声光移频器(110)和所述第二声光移频器(160)差分移频；/n第一反射镜(180)，与所述第二声光移频器(160)间隔设置，用于使经过所述第二声光移频器(160)射出的第一激光光束经原路径反射到所述激光发射装置(100)；/n所述第一激光光束与所述激光发射装置(100)内的原光场发生干涉效应，调制所述激光发射装置的输出功率，并通过所述激光发射装置(100)输出调制光束；以及/n处理装置(200)，用于通过所调制光束得到所述待测介质的折射率信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种折射率传感装置，其特征在于，包括：
激光发射装置(100)，用于发射激光光束；
第一声光移频器(110)，用于将所述激光光束移频；
棱镜(120)，与所述第一声光移频器(110)间隔设置，包括反射表面(121)；
依次设置于所述反射表面(121)的材料层(130)和微流体通道(140)，所述微流体通道(140)用于储存待测介质，所述激光光束射入所述棱镜(120)在所述反射表面(121)全反射，并在所述反射表面(121)与所述材料层(130)发生表面等离子共振；
第二声光移频器(160)，与所述棱镜(120)间隔设置，用于将射出所述棱镜(120)的激光光束移频，所述第一声光移频器(110)和所述第二声光移频器(160)差分移频；
第一反射镜(180)，与所述第二声光移频器(160)间隔设置，用于使经过所述第二声光移频器(160)射出的第一激光光束经原路径反射到所述激光发射装置(100)；
所述第一激光光束与所述激光发射装置(100)内的原光场发生干涉效应，调制所述激光发射装置的输出功率，并通过所述激光发射装置(100)输出调制光束；以及
处理装置(200)，用于通过所调制光束得到所述待测介质的折射率信息。


2.如权利要求1所述的折射率传感装置，其特征在于，还包括：
偏振分光镜(150)，与所述棱镜(120)和所述第二声光移频器(160)间隔设置，用于将射出所述棱镜(120)的激光光束分为所述第一激光光束和第二激光光束；
第三声光移频器(170)，与所述偏振分光镜(150)间隔设置，用于对所述第二激光光束移频，所述第一声光移频器(110)和所述第三声光移频器(170)差分移频；
第二反射镜(190)，与所述第三声光移频器(170)间隔设置，用于使经过所述第三声光移频器(170)射出的所述第二激光光束经原路径反射到所述激光发射装置(100)，所述第一激光光束和所述第二激光光束与所述激光发射装置(100)内的原光场发生干涉效应，调制所述激光发射装置的输出功率，并通过所述激光发射装置(100)输出调制光束。


3.如权利要求2所述的折射率传感装置，其特征在于，还包括分光镜(210)，设置于所述激光发射装置(100)和所述第一声光移频器(110)之间，用于将所述激光发射装置(100)射出的调制光束反射到所述处理装置(200)。


4.如权利要求3所述的折射率传感装置，其特征在于，还包括准直装置(220)，设置于所述激光发射装置(100)和所述分光镜(210)之间，用于将从所述激光发射装置(100)...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈宜东，代宗仁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11