[发明专利]高通量的古斯汉森位移型SPR传感器

说明书

本发明公开了一种高通量的古斯汉森位移型SPR传感器，包括p光、s光周期光源，准直扩束器，小孔阵列平板，棱镜，传感芯片，古斯汉森位移放大装置，CCD。p、S周期光源发出p光和S光，两种光束分别经过准直扩束器扩束成平行宽光束。透过小孔阵列平板，宽光束分解为M×N个细光束。s光在传感芯片上无古斯汉森位移，作为参考光，p光在传感芯片每个检测单元上激发SPR现象，并相对于s光产生带有样品信息的古斯汉森位移，古斯汉森位移放大装置将微小的古斯汉森位移放大。CCD检测出放大的古斯汉森位移。本发明采取凹凸透镜组合将古斯汉森位移放大，用CCD检测古斯汉森位移的方法可实时检测多个样品，具有高效、高灵敏度的特点。

技术领域

本发明属于光学传感领域，涉及一种高通量的古斯汉森位移型SPR传感器。

背景技术

古斯汉森位移是指反射光相对于入射光发生空间位移，是一种物理光学现象，发生在全反射界面处。光从光疏介质(折射率为n₁)入射至光密介质(折射率为n₂)时，入射角满足条件时发生全反射。在发生全反射时，反射光在入射面和全反射界面交线处沿光传输的方向上产生一段平移，此为GH位移。

表面等离子体是一种电磁波，是光子和金属表面的自由振动电子发生作用而产生的沿金属表面传播的电子疏密波。当入射光的波矢和表面等离子体波达到波矢匹配条件时，有表面等离子体共振(Surface plasmon resonance，以下简称SPR)现象。一般入射光直接入射金属界面不能激发等离子波，通常选择全反射结构，用倏逝波来激发SPR现象。同时在发生SPR现象时，入射光的能量大部分被耦合进倏逝波中，放大了古斯汉森位移。发生SPR现象时，反射光中携带的古斯汉森位移信息对金属表面的样品的介电常数变化有灵敏的响应。通过检测反射光的古斯汉森位移可对样品进行实时高效的检测。

古斯汉森位移型SPR传感器较其他类型SPR传感器具有明显的优势，其分辨率更高，且系统装置更简单紧凑。实现古斯汉森位移型SPR传感器的关键在于检测古斯汉森位移的传感器。根据理论模拟，古斯汉森位移为百微米量级，0.00018RIU的折射率变化量引起的古斯汉森位移变化量为微米量级。目前通常在古斯汉森位移型SPR传感器中选取位移探测器作为探测古斯汉森位移的传感器，其检测分辨率在纳米量级。商用的位移探测器能实现单点的位置探测，却不能实现多点探测。CCD作为图像信息采集装置在传感面内有多个检测点，可以对多个的位置进行检测。然而CCD的分辨率低，无法检测出古斯汉森位移，而分辨率高的CCD价格昂贵。

据此，本发明加入古斯汉森位移放大装置，将携带样品折射率信息的古斯汉森位移量放大。因而由于样品折射率变化引起微小的古斯汉森位移变化量可通过CCD检测出。同时本发明利用CCD可以检测多点的位置的特点，实现多种样品的实时高精度检测。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种高通量的古斯汉森位移型SPR传感器，在提高传感器灵敏度的同时实现多种样品同时检测。

本发明包括p光、s光周期光源、准直扩束器、小孔阵列平板、棱镜、传感芯片、古斯汉森位移放大装置、CCD，p光、s光周期光源按照一定的规律间歇地发出p光和s光，由准直扩束器将周期光扩束为宽平行光束，小孔阵列平板将宽光束分割为若干个细平行光束，每个细光束对应激发传感芯片上的传感单元产生SPR现象，每一个检测位点的反射光携带有折射率信息的古斯汉斯位移经过古斯汉森位移放大装置可由CCD对各点的位置实现采集，计算机对CCD采集到的p光和s光分别打在传感芯片出射光信息计算得出传感芯片上每个检测单元经过放大的古斯汉斯位移。

更进一步具体实施中，p光、s光周期光源发出的光只能为p光或者s光。

更进一步具体实施中，小孔阵列平板上的小孔很小且满足不会发生明显衍射的孔径。

更进一步具体实施中，小孔阵列平板上的小孔数目和传感芯片上的检测单元均为M×N个。