[发明专利]一种水镜激发微腔激光传感系统及方法

说明书

本发明涉及一种水镜激发微腔激光传感系统及方法，该系统包括：激光光源，显微水镜，依次设置在所述激光光源与显微水镜之间光路上的用于控制激光出射的光阑、用于控制激光光强的可调衰减片、用于控制激光偏振方向的偏振片、用于调整激光光束直径的扩束系统和用于分开入射泵浦光与出射激光的高通滤色片，以及采集系统，所述高通滤色片分出的泵浦光导入所述显微水镜，分出的出射激光导入采集系统。该系统及方法结构简单，操作方便，易于实现。

技术领域

本发明涉及光学微腔谐振传感技术领域，具体涉及一种水镜激发微腔激光传感系统及方法。

背景技术

光学传感技术是现代信息技术的重要支柱之一。光信号携带信息丰富，光学传感器可用于多物理量探测，响应速度快，不受电磁干扰，与集成光学技术结合，可同时分析多种微量分析物，与光通信技术结合，可进行多通道、大信息量的远距离探测。

近来，回音壁模式（Whispering Gallery Mode, WGM）光学微腔作为一种新型的传感器件，已经应用于蛋白质、DNA、重金属离子以及毒素分子的检测。WGM微腔，是微米量级的光学谐振腔，它通过将光场高度集中在微腔赤道内壁多次震荡以增加光子与物质相互作用的次数，位相相干增强产生稳定的行波模式，通过探测自身光学模式的变化来反馈分析物的信息，因此可以在不加人工标记和修饰的条件下探测分析物，是无标记（Label-Free）光学传感器的优良载体。

对于目前微腔传感装置，其激发方式一般有：光纤耦合激发；棱镜耦合激发；空间光激发。此外还需特别制备微流通道来检测待测生物样品，所需设备涉及微流泵、三维调整架等。总之，目前微腔激光传感器实验装置较为复杂。因此，发明一种结构简单、测试方便的新型微腔激光传感方法及装置具有重大意义。

现有技术中的光纤耦合，如图1所示，需要预先制备一条锥形光纤用于将光耦合进微盘腔并将信息输出到光谱仪。该技术的难点在于：1、中间光纤锥区需要足够细（几个微米）；2、光纤的固定及与微盘腔的耦合，需要精密的三维调整架，装置复杂，设备昂贵。另外，为了进行传感实验，该设备需要搭建专门的微流通道，这种装置需要配合进出管通道、微流泵等设备，这样会使装置复杂，体积大，造价高。此外，通常这种通道都是封闭的，不利于实时加入反应物，进行实时传感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水镜激发微腔激光传感系统及方法，该系统及方法结构简单，操作方便，易于实现。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种水镜激发微腔激光传感系统，包括：激光光源，显微水镜，依次设置在所述激光光源与显微水镜之间光路上的用于控制激光出射的光阑、用于控制激光光强的可调衰减片、用于控制激光偏振方向的偏振片、用于调整激光光束直径的扩束系统和用于分开入射泵浦光与出射激光的高通滤色片，以及采集系统，所述高通滤色片分出的泵浦光导入所述显微水镜，分出的出射激光导入采集系统。

进一步，所述显微水镜主要由显微镜以及用于放置微腔激光器并在其上形成液滴环境的基座构成，所述高通滤色片分出的泵浦光经显微镜导入，将泵浦光耦合进显微水镜，聚焦在微腔激光器上。

进一步，所述采集系统包括二色镜、用于实时采集激光光谱的光谱仪和用于实时成像的CCD图像传感器，所述二色镜对所述高通滤色片分出的出射激光分束后，一路经第三透镜聚焦后入射到所述CCD图像传感器，另一路经第四透镜聚焦后入射到所述光谱仪。

进一步，所述扩束系统主要由第一透镜和第二透镜构成，以调整激光光束直径。

进一步，所述激光光源与显微水镜之间光路上还设有由多片反射镜构成的光路调整镜片组，以改变光路的入射方向，并最终入射到高通滤色片上。

本发明还提供一种水镜激发微腔激光传感方法，包括以下步骤：

1）配置折射率梯度依次变化的多种溶液；