[发明专利]一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置

权利要求书

1.一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，由激发光源(1)、介质层(2)、多层膜体系(3)、介质层(4)、待测样品(5)、光谱仪(7)组成，其特征在于：在多层膜体系(3)的一侧为介质层(2)，另一侧为待测样品(5)所在的介质层(4)，介质层(2)的折射率大于介质层(4)的折射率，多层膜体系(3)中至少包含一层金属膜，其厚度为10～200nm；激发光源(1)发出的激发光(101)从介质层(2)沿SPR角入射到多层膜体系(3)中，金属膜中的表面等离子体被激发，从而极大增强金属膜附近的局域电磁场，进而增强待测样品(5)的拉曼信号，待测样品(5)的拉曼信号被金属膜吸收后再次激发金属膜中的表面等离子体，这些携带拉曼信号的表面等离子体在介质层(2)与多层膜体系(3)的边界耦合发射，其发射方向也是沿着SPR角，待测样品(5)的SERS信号经凸透镜(6)接收后用光谱仪(7)采谱，从而实现利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱；激发光源(1)、介质层(2)、凸透镜(6)和光谱仪(7)在多层膜体系(3)的同侧，介质层(4)和待测样品(5)位于多层膜体系(3)的另一侧。

2.如权利要求1所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：金属膜为金膜或银膜。

3.如权利要求1所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：多层膜体系中还包含多层非金属的缓冲层或保护层，厚度为0.5nm～1000nm；非金属的缓冲层或保护层为二氧化硅或氟化锂；金属膜位于非金属膜之间，即为非金属膜-金属膜-非金属膜的交替排列。

4.如权利要求1所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：在多层膜体系(3)的金属膜或者非金属的缓冲层或保护层上形成微米级或纳米级的微纳结构，用于提高拉曼信号的质量。

5.如权利要求1～4任何一项所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：介质层(2)为玻璃、透明树脂或光波导；介质层(4)为空气、水、生理盐水或有机溶剂；激发光源(1)为激光器或是由单色仪或滤光片滤光而形成单色光的宽带光源；待测样品(5)为需要测量其拉曼光谱的单质或者混合物。

6.如权利要求5所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：以半圆柱形棱镜(15)为介质层(2)，以空气为介质层(4)，在半圆柱形棱镜(2)的表面上设置有反射层(12)，由激发光源(1)发出的入射光经凸透镜(11)会聚于多层膜体系(3)与半圆柱形棱镜(15)的交界面上，反射层(12)与入射光分布在棱镜光轴的两侧；待测样品(5)的SERS信号由凸透镜(11)收集后经长通滤光片(8)滤掉杂散光，经凸透镜(6)接收后用光谱仪(7)采谱，从而实现利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱。

7.如权利要求5所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：以光波导(14)为介质层(2)，以空气为介质层(4)，由激发光源(1)发出的入射光通过三角棱镜(13)的耦合入射到光波导(14)中，待测样品(5)的SERS信号在光波导(14)中传播，并经过棱镜(13)的耦合发射出来，经凸透镜(6)接收后用光谱仪(7)采谱，从而实现利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱。

8.如权利要求5所述的一种利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱的装置，其特征在于：以半圆球形棱镜(15)为介质层(2)，以空气为介质层(4)，在激发光源(1)和半圆球形棱镜(15)间设置有凸透镜(11)，调节凸透镜(11)的位置，使得其焦点位于半圆球形棱镜(15)与多层膜体系(3)的交界面上，由激发光源(1)发出的入射光通过凸透镜(11)汇聚到半圆球形棱镜(15)与多层膜体系(3)的交界面上，待测样品(5)的SERS信号从凸透镜(11)的焦点上发出，从而被凸透镜(11)所收集，经凸透镜(6)接收后用光谱仪(7)采谱，从而实现利用表面等离子体定向发射增强拉曼光谱。