[发明专利]一种相位型表面等离子共振传感器

说明书

技术领域

本发明属于光电传感技术领域，涉及一种相位型表面等离子共振传感器。

背景技术

光子学是一门既古老又年轻的学科，自激光发明以来，基于光学检测的方法被逐渐的提出。表面等离子共振传感器(surface plasmon resonancesensor，以下简称SPR传感器)就是一种用激光激发金属表面等离子体的共振来实现对样品进行超高精度检测的新型传感器。

传统的相位型SPR传感器采用马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪，利用压电陶瓷片改变其一个干涉臂的光程来实现对入射激发光的相位调制。这种方法对实验平台稳定性，实验环境空气扰动和实验光路准直等的要求非常高。为使实验重复性好，必须使用高性能的压电陶瓷片，其价格往往非常昂贵。而且压电陶瓷片重复定位精度往往在100nm以上，所以其相位调制重复性不好。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中相位型SPR传感器传感稳定度差且对实验环境要求苛刻的缺点，提出了一种相位型表面等离子共振传感器。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种相位型表面等离子共振传感器包括激光器、起偏器、第一分束器、第二分束器、第一检偏器、第二检偏器、第一探测器、第二探测器、表面等离子共振棱镜、样品池和金属调制器。

激光器发出的光经起偏器后在第一分束器发生分束，第一次分束中的透射光入射到金属调制器，然后由金属调制器回射至第一分束器，并在第一分束器发生反射，该反射光经第二分束器后发生分束，第二次分束中的透射光经第一检偏器后到达第一探测器；第二次分束中的反射光经过表面等离子共振棱镜、第二检偏器后到达第二探测器。

所述的金属调制器包括高反镜、第一金属反射片、第二金属反射片、固定架、旋转平台。第一金属反射片与第二金属反射片正交设置在固定架上，固定架与旋转平台连接，旋转平台能够带动固定架产生旋转运动，高反镜所在的平面与入射到金属调制器的光束垂直。进入金属调制器的光束经第一金属反射片、第二金属反射片反射后到达高反镜。高反镜反射光经第二金属反射片、第一金属反射片后原路返回。所述的样品池与表面等离子共振棱镜的镀金斜面压合在一起。

本发明中金属调制器的原理如下：

根据麦克斯韦电磁场理论和薄膜理论，激光以入射角θ照射到金属反射片并被反射，其p光(平行于入射面的光场分量)和s光(垂直于入射面的光场分量)的相位会发生不同大小的改变，我们称p光和s光的相位改变值之差为入射角度θ下的金属相位调制角。金属相位调制角大小与金属复介电常数，金属膜厚度，玻璃基板折射率和入射角θ有关。当其他参数固定时，通过改变激光在金属表面的入射角θ可以控制金属相位调制角的大小。

本发明的有益效果：本发明中的金属调制器利用金属反射光改变光的相位来实现对入射激发光的调制，该调制方法有精确度高，稳定性好，可重复性强等优点，因此本发明可以高精度，准确地检测样品折射率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为金属调制器调制效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种相位型表面等离子共振传感器包括激光器1、起偏器2、第一分束器3-1、第二分束器3-2、第一检偏器4-1、第二检偏器4-2、第一探测器5-1、第二探测器5-2、表面等离子共振棱镜6、样品池7和金属调制器。

激光器1发出的光经起偏器2后在第一分束器3-1发生分束，其中的透射光入射到金属调制器，然后由金属调制器回射至第一分束器3-1，并在第一分束器3-1发生反射，该反射光经第二分束器3-2后发生分束，其中的透射光经第一检偏器4-1后到达第一探测器5-1；反射光经过表面等离子共振棱镜6、第二检偏器4-2后到达第二探测器5-2。

金属调制器包括高反镜8、第一金属反射片9-1、第二金属反射片9-2、固定架10、旋转平台。第一金属反射片9-1与第二金属反射片9-2正交设置在固定架10上，固定架10与旋转平台连接，旋转平台能够带动固定架10产生旋转运动，高反镜8所在的平面与入射到金属调制器的光束垂直。进入金属调制器的光束经第一金属反射片9-1、第二金属反射片9-2反射后到达高反镜10。高反镜10反射光经第二金属反射片9-2、第一金属反射片9-1后原路返回。样品池7与表面等离子共振棱镜6的镀金斜面压合在一起。