[发明专利]不可见光波段表面等离激元共振的测谱和成像光学系统

说明书

本发明涉及一种不可见光波段表面等离激元谐振的测谱和成像光学系统，包括有激光器、载物台、被测等离激元纳米结构、测谱主光路、成像光路和照明光路，在实际应用中，仅需测出测谱主光路焦点在被测等离激元纳米结构区域内和区域外的透射光信号，即可快速获取纳米结构所对应的表面等离激元谐振的波峰位置和半高全宽，大大简化了表征表面等离激元谐振光学性质的工作量，为等离激元纳米结构的设计和应用提供了有效依据。

技术领域

本发明设计一种微纳光子测谱成像光学系统，尤其涉及一种不可见光波段表面等离激元共振的测谱和成像光学系统。

背景技术

表面等离激元共振是光与等离激元纳米结构相互作用过程中形成的电磁振荡，因其能够突破衍射极限以及实现局域电磁场增强，在超分辨成像、拉曼光谱增强、生物传感、有机太阳能电池等领域得到了广泛的应用。对表面等离激元共振的光学表征，如共振峰的波长位置、共振峰的半高全宽等是充分利用共振效应的前提。理论上，对于表面等离激元共振的光学表征既可以利用等离激元纳米结构的吸收光谱和散射光谱，还可以利用其消光光谱。使用吸收光谱仅可表征化学方法合成的、各向同性的等离激元纳米结构，具有很强的局限性。因此，目前大多采用明场或暗场散射光学显微镜，测量等离激元纳米结构的散射光谱。利用明场或暗场散射光学显微镜的优点在于光学分辨率较高，缺点在于成本高、结构复杂且仅可表征可见光波段的表面等离激元共振。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种简易、低成本的用于表征不可见光波段表面等离激元共振的测谱和成像光学系统。

本发明的目的是这样实现的：一种不可见光波段表面等离激元共振的测谱和成像光学系统，包括有激光器、载物台、被测等离激元纳米结构、测谱主光路、成像光路和照明光路，所述的测谱主光路至少包括有两个共焦的聚光光学元件、两个分光光学元件和一个具有色散功能的光电探测器；所述的成像光路至少包括有两个共轭的聚光光学元件、一个分光光学元件和一个成像元件；所述的照明光路至少包括有一个白光光源、一个分光光学元件和三个聚光光学元件。

所述的被测等离激元纳米结构放置于两个共焦的聚光光学元件的共同焦点处，两个分光光学元件位于两个共焦的聚光光学元件的两侧，具有色散功能的光电探测器位于测谱主光路中沿光束传播方向的末端。

所述的测谱主光路中的共焦的聚光光学元件包括有聚光光学元件一和聚光光学元件二，所述的成像光路中的共轭的聚光光学元件包括有聚光光学元件五和测谱主光路中的聚光光学元件二，所述的照明光路中的三个聚光光学元件包括有聚光光学元件三、聚光光学元件四和测谱主光路中的聚光光学元件一。

所述的聚光光学元件包含但不局限于透镜或物镜。

所述的分光光学元件包含但不局限于分光玻片、分光棱镜、分光立方体或光纤分束器。

所述的具有色散功能的光电探测器包含但不局限于单色仪、光谱仪或色散元件和示波器的组合。

所述的成像元件包含但不限于传统摄像机或由CCD、CMOS阵列所组成的数码摄像机，其波长感应范围至少包含可见光波段。

所述的白光光源是宽光谱光源，其光谱范围至少包含可见光波段。

本发明的有益效果：在实际应用中，仅需测出测谱主光路焦点在被测等离激元纳米结构区域内和区域外的透射光信号，即可快速获取等离激元纳米结构所对应的表面等离激元谐振的波峰位置和半高全宽，大大降低了表征表面等离激元谐振光学性质的工作量和成本，为等离激元纳米结构在不可见光波段的设计和应用提供了有效依据。

附图说明

图1 为不可见光波段表面等离激元共振测谱和成像光学系统实施方案1；

图2 为不可见光波段表面等离激元共振测谱和成像光学系统实施方案2；

图3 为不可见光波段表面等离激元共振测谱和成像光学系统实施方案3；