[发明专利]基于M-Z干涉结构的古斯汉森位移型SPR传感器

说明书

本发明公开了一种基于M‑Z干涉结构的古斯汉森位移型SPR传感器。本发明包括激光器、偏振分光棱镜、SPR传感模块、分束镜、平面反射镜、楔形基板、偏振片、光强探测器。激光经偏振分光棱镜与平面镜组后分解为方向一致的TE与TM光，经SPR传感模块后，TM光将较TE光有一微小的古斯汉森位移。当携带传感样品折射率信息的古斯汉森位移量改变时，TM光经M‑Z干涉结构后的干涉光强将发生变化。本发明通过将微小的古斯汉森位移量精确转化为光程差，利用光强探测器探测干涉光强来反应光程差，从而可以提高对微小古斯汉森位移的检测精度与探测极限，且以TE光作为参考，可提高系统的稳定性以及信噪比。

技术领域

本发明属于光学传感领域，涉及一种基于M-Z干涉结构的古斯汉森位移型SPR传感器。

背景技术

表面等离子体共振(surface plasmon resonance，以下简称SPR)是一种金属物理光学现象。全反射条件下，入射光在全反射界面产生倏逝波，同时将产生古斯汉森位移。所谓SPR现象，指的就是当倏逝波与传感芯片的表面等离子体波满足波矢匹配时产生的共振吸收现象。当SPR现象发生时，入射光的能量大部分耦合为表面等离子波，同时伴随着古斯汉森位移的放大。可将入射光分解为振动方向互相垂直的TM分量与TE分量，一般来说，TE分量无法激发SPR现象，TM分量可以激发SPR现象，从而将古斯汉森位移放大，同时该放大的古斯汉森位移受传感芯片表面的折射率变化影响极大，从而可以通过检测TM分量古斯汉森位移的变化量，来实现对传感芯片表面样品的折射率的实时检测。

M-Z干涉仪是一种利用分振幅的方法产生双光束，从而实现干涉的结构。一般的马赫-曾德干涉仪由激光光源、两面分束镜、两面反射镜和光强探测器组成，激光经过第一个分束镜被分为两束，两束光分别经过反射镜反射后，在第二个分束镜处合为一束，并发生干涉，由光强探测器探测干涉光强。两束光的路径被严格分隔，因此干涉光强取决与两束光传播的光程差，而路径中的介质变化信息，如温度变化带来的气体密度的改变，气流的影响等，都将影响两个传播路径中光行进的光程差，从而最终带来干涉光强的改变。因此马赫-曾德干涉仪可以用于实现对光传播路径中介质变化信息的传感。

古斯汉森位移量很小，且检测液折射率发生变化而引起的古斯汉森位移变化量也很小。为探测古斯汉森位移以及折射率发生变化后的古斯汉森位移变化量，便需要高精度的位置探测器。折射率变化越小，古斯汉森位移变化量越小，对位置探测器的精度要求越高。这便限制了古斯汉森位移型SPR传感器的应用。据此，本发明基于古斯汉森位移型SPR传感器，提出一种基于M-Z干涉结构的古斯汉森位移型SPR传感器将古斯汉森位移变化量转化为干涉光强变化，提高古斯汉森位移的检测精度，从而提高古斯汉森位移型SPR传感器的探测极限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于M-Z干涉结构的古斯汉森位移型SPR传感器，解决现有技术中对位移探测器精度的要求，增强古斯汉森位移型SPR系统的探测极限。

本发明包括激光器、偏振分光棱镜、SPR传感模块、分束镜、平面反射镜、楔形基板、偏振片、光强探测器，激光光源发出的光由偏振分光棱镜和反射镜的组合下分为独立的两束TM光和TE光，通过SPR传感模块后，将古斯汉森位移通过M-Z干涉结构转化为光程差量，并发生干涉，干涉光通过偏振片后由光强探测器检测得干涉光强。

更进一步具体实施中，M-Z干涉结构由两个分束镜、两个平面反射镜和一个楔形基板组成，光束经第一个分束镜后分振幅为两束光，其中一束光经过楔形基板后，经过一个平面反射镜反射，与另一束光经另一个平面反射镜反射后在第二个分束镜处合为一束，并发生干涉。

更进一步具体实施中，M-Z干涉结构中分束镜与平面反射镜互相平行且都与光束夹角为45°。

更进一步具体实施中，两面反射镜相互垂直且与和两个偏振分光棱镜的连线夹角为45°。