[发明专利]一种溶液浓度测量装置、方法及溶液传感灵敏度测量方法

权利要求书

1.一种基于磁光光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置的溶液浓度测量方法，其特征在于：所述基于磁光光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置包括激光器、半波片、第一透镜、第一偏振镜、棱镜、第二偏振镜、第二透镜以及CCD图像传感器，所述激光器用于生成不同波长的激光光源；所述第一透镜为聚焦透镜；所述第二透镜为准直透镜；所述第一透镜和第二透镜共焦；所述基于光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置还包括永磁体以及光阑；所述永磁体设置在所述棱镜下方和/或上方，且磁场方向与棱镜的竖轴平行；所述光阑设置在所述棱镜与所述第二偏振镜之间；所述棱镜斜面依次贴合设置有样品、微流体芯片；所述微流体芯片顶部设置有微流体通道；所述激光器产生的激光经半波片、第一透镜、第一偏振镜进入携带微流体芯片的棱镜，以反射出A光束和B光束；所述A光束和B光束经光阑、第二偏振镜、第二透镜进入CCD图像传感器；

所述溶液浓度测量方法包括：

(1)、向微流体通道注入待测溶液，待液体静止后，调节第一偏振镜、第二偏振镜以及半波片，直到CCD图像传感器上的光斑至大小、形状以及亮度均匀且关于水平轴对称分布；

(2)、将永磁体放入微流体通道下方和/或上方，记此时的磁场方向为正，并记录CCD中光斑质心在纵向上的位置为y⁺，此时光自旋霍尔效应的值SHEL为翻转永磁体，记此时的磁场方向为负，再次记录CCD中光斑质心在纵向上的位置为y^-，此时光自旋霍尔效应的值为δ_MO代表磁光光自旋霍尔效应的值，磁光光自旋霍尔效应的值为：

且在数值上，δ_MO＝Δy＝y⁺-y^-，其中下标H表示入射光为H光，为水平偏振光；

(3)、根据待测溶液浓度和其折射率之间的公式以及磁光光自旋霍尔效应的值和待测溶液折射率的值，拟合出待测溶液浓度和折射率的公式，计算出待测溶液浓度的值；计算待测溶液浓度的方法包括：

由磁光光自旋霍尔效应的值与待测溶液折射率n的关系为

δ_MO＝η_{(θ,λ,dn,εn)}n

其中η为相关系数，θ为入射角，λ为入射光波长，dn为样品的厚度，ε_n为样品的介电常数，其中η由θ、λ、dn以及ε_n决定，

溶液浓度线性拟合公式为

n＝ax+b

x为待测溶液浓度，a、b由待测溶液溶质决定的两个参数，

因此溶液浓度计算的最终公式为

2.一种基于磁光光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置的溶液传感灵敏度的测量方法，其特征在于，所述基于磁光光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置包括激光器、半波片、第一透镜、第一偏振镜、棱镜、第二偏振镜、第二透镜以及CCD图像传感器，所述激光器用于生成不同波长的激光光源；所述第一透镜为聚焦透镜；所述第二透镜为准直透镜；所述第一透镜和第二透镜共焦；所述基于光自旋霍尔效应的溶液浓度测量装置还包括永磁体以及光阑；所述永磁体设置在所述棱镜下方和/或上方，且磁场方向与棱镜的竖轴平行；所述光阑设置在所述棱镜与所述第二偏振镜之间；所述棱镜斜面依次贴合设置有样品、微流体芯片；所述微流体芯片顶部设置有微流体通道；所述激光器产生的激光经半波片、第一透镜、第一偏振镜进入携带微流体芯片的棱镜，以反射出A光束和B光束；所述A光束和B光束经光阑、第二偏振镜、第二透镜进入CCD图像传感器；

所述溶液传感灵敏度的测量方法包括：

(1)、向微流体通道注入第一溶液，待液体静止后，调节第一偏振镜、第二偏振镜以及半波片，直到CCD图像传感器上的光斑至大小、形状以及亮度均匀且关于水平轴对称分布；

(2)、将永磁体放入微流体通道下方和/或上方，记此时的磁场方向为正，并记录CCD中光斑质心在纵向上的位置为y⁺，此时光自旋霍尔效应的值SHEL为翻转永磁体，记此时的磁场方向为负，再次记录CCD中光斑质心在纵向上的位置为y^-，此时光自旋霍尔效应的值为δ_MO代表磁光光自旋霍尔效应的值，磁光光自旋霍尔效应的值为：

且在数值上，δ_MO＝Δy＝y⁺-y^-，其中下标H表示入射光为H光，为水平偏振光；

(3)、根据磁光光自旋霍尔效应值δ_MO，第一溶液传感灵敏度k为

n为第一溶液的折射率。