[发明专利]一种基于抛物面反光镜的简化棱镜SPR激发装置

说明书

本发明公开了一种基于抛物面反光镜的简化棱镜SPR激发装置，涉及光学系统设计领域，尤其涉及表面等离子体设计领域。整个激发装置包括偏振激光光源，抛物面反光镜，棱镜光路系统和电荷耦合器件检测器(CCD)。偏振光源发出的光经过抛物面反射镜反射到棱镜上，棱镜底面蒸镀能够激发SPR的金属薄层，当满足SPR激发条件时，入射光转化为SPR波，入射光能量转变为金属的焦耳热，从而引起棱镜反射光强度发生变化，棱镜的反射光强由阵列或大面阵CCD检测。本发明大大地降低了传统SPR角度调制装置的复杂性，从传统的旋转棱镜或旋转偏振光源改为简单地上下移动偏振光源来实现角度调制。

技术领域

本发明涉及表面等离体子光学设计领域，具体涉及一种基于抛物面反光镜的简化棱镜SPR激发装置。

背景技术

众所周知，当光入射到镀有金属薄层的棱镜表面时，在入射角度大于全反射临界角度时，光会发生全反射，从而在棱镜表面引起消逝波。产生的消逝波与金属表面自由电子振荡发生耦合，即发生所谓的表面等离子体共振(SPR)。由于SPR传播波的高束缚和高损耗特性，SPR波不会再耦合至棱镜，从而反射光谱出现一个波谷。由于SPR模式特性对外界环境变化非常敏感，所以当金属薄膜局部物质特性发生改变时，光谱波谷会发生移动，因此，人们可通过光谱波谷移动的大小推知检测外界物质的反应变化。

近年来，基于棱镜耦合的SPR传感器的研究一直是个热门课题，其传感检测性能十分优越，但是由于角度调制需要旋转棱镜或者激光器，导致装置体积大，测量操作复杂和价格昂贵等一系列缺点。例如，已报道的一种高性能SPR物体折射率传感装置[见中国专利CN206223648U]和无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统[见中国专利CN203132991U]。专利CN203132991U中，虽然不需要进行角度调制，但增加了多组光学透镜，因此对光路的严密性和精确性有着非常苛刻的要求。

发明内容

本发明本着简化棱镜SPR传感装置目的，提出利用抛物面反光镜来提高角度调节的操作灵活性，从而改变了传统角度调制的方式，具备制作工艺简单，操作灵活性高和低成本等优点。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案实现：

一种利用抛物面反光镜简化表面等离子体共振的棱镜激发装置包括：偏振激光光源，抛物面反射镜，棱镜，金属薄膜，电荷耦合器件检测器CCD，偏振激光光源1发出的光经过抛物面反射面反射到棱镜上，棱镜的底面上蒸镀有金属薄层，当满足SPR激发条件时，入射光转化为SPR波，入射光能量转变为金属的焦耳热，从而引起棱镜底面反射光的强度发生变化，棱镜的反射光强由电荷耦合器件检测器CCD探测，偏振光源1和电荷耦合器件检测器CCD安装于支架上，且均可上下调节位置；

所述棱镜放置于抛物面反光镜的焦点处，以保证不同位置偏振光源所发射的光线能够入射到棱镜底面上。

本发明中光源为可以上下移动的偏振光源，通过上下移动光源，可实现角度调制，具备更高的操作灵活性。

本发明中反射镜采用抛物面反光镜的目的是把平行光束聚焦反射至棱镜，从而将传统的旋转棱镜或者光源改为更为简便的上下移动光源，增加了测量操作的灵活性。

本发明中棱镜须放在抛物面反射镜的焦点处，以保证光源在上下移动的时候，能够将光源发出的光线聚焦照射到棱镜的底面上，同时大大降低了入射点的位置漂移。

本发明大大地降低了传统SPR角度调制装置的复杂性，由传统的旋转棱镜或偏振光源改为灵活地上下移动偏振光源来实现角度调制，本发明可以根据偏振光源上下移动刻度的位置坐标作参考，结合抛物面曲线方程推出SPR共振角与偏振光源垂直位置的关系。

附图说明

图1为基于抛物面反光镜的表面等离子体棱镜激发装置；

图2为装置整体光路传播示意图；

图3为三棱镜光路传播示意图。

具体实施方式