[发明专利]一种导模共振传感器的折射率检测方法

说明书

本发明涉及一种导模共振传感器的折射率检测方法，检测时将线偏振光倾斜入射到导模共振传感器上，探测器接受透射光。倾斜入射下，透射光谱上会出现两个导模共振峰，当入射角θ逐渐增大时，短波峰会发生蓝移，长波峰会发生红移。入射角等于或大于特定值时，蓝移的共振峰波长值等于或小于光栅周期值，认为是非亚波长入射条件。非亚波长入射条件下，将短波峰与长波峰之间的波长差作为检测量，测量样品折射率变化前后波长差的变化量，波长差的变化量与折射率变化量之间的比值，就是这种传感器的灵敏度。此方法能够有效提高此类传感器在检测液体或气体折射率变化时的灵敏度。此外，本发明涉及的光栅周期更大，有效降低了传感器的制作难度。

技术领域

本发明涉及光学传感器领域，尤其涉及一种导模共振传感器的折射率检测方法。

背景技术

基于微结构局域电场与传感介质相互作用的生物传感被证明是一种高灵敏度的检测方法。例如，表面等离子共振使用金属-电介质界面上传播表面的。由于共振光子的耦合条件，这些传感器对周围材料的折射率变化很敏感。传统SPR传感器体积较大，因为它们通常需要一个棱镜来激发等离子体。基于纳米金属结构的局域表面等离子共振传感器似乎更为合适。但是，这种传感器的固有损耗会降低其性能。并且，这种传感器也可以在介质波导中构建。

在基于介质材料的微结构生物传感器中，基于导模共振效应的全介质生物传感器因其结构简单，不需要单独的耦合单元，引起了人们很大的兴趣。当周围介质的折射率改变时，共振波长发生移动。导模共振传感器将表面附着样品的折射率变化转变为透射光谱或反射光谱中的共振峰移动。这种带宽很窄的共振峰可以通过高分辨率的光谱分析仪测得。将导模共振结构作为主要生物传感器件，搭建光学检测系统，可实现生物样品的无标签检测。在导模共振传感器中，提高波长对样品折射率变化的灵敏度是提高这种传感器性能的重要途径。增强导模共振传感器的灵敏度的方法较多，比如可结合金属层、低折射率材料基板和纳米棒等。然而，这些方法大多基于双或多层导模共振结构，或者必须与其他微结构结合，这导致制造过程复杂。因此，迫切需要一些简单的方法来实现灵敏度的增强，而这方面的研究较少，在相关的专利文献方面，如中国发明专利案(公开号CN102317787A)，只说明了各种适体配体等生化反应对共振峰的改变；(公开号CN103969185A)说明了光源在正入射时对整个系统检测灵敏度的影响。而实际上光源在斜入射下会影响导模共振传感器对折射率变化的灵敏度。

由此可见，传统的导模共振传感器折射率检测方案，往往存在灵敏度低的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种导模共振传感器的折射率检测方法。

为实现本发明的目的，提供一种导模共振传感器的折射率检测方法，包括如下步骤：

将测量对象放置于导模共振传感器的光栅表面，其中，所述导模共振传感器包括：光栅层、波导层和基底；

将线偏振光以设定角度θ倾斜入射到测量对象表面，使线偏振光穿过所述导模共振传感器变成透射光射出；

将所述透射光导入光谱仪得到透射光谱，所述光谱仪读取所述透射光谱得到两个共振峰，所述光谱仪提取所述两个共振峰的波长差λ；

检测系统获取所述测量对象的折射率在设定时间段初始时刻和设定时间段终止时刻之间的折射率变化值Δnc，以及所述两个共振峰的波长差λ在设定时间段初始时刻和设定时间段终止时刻之间的波长差变化值Δλ；

根据所述测量对象的折射率变化值Δnc和所述波长差变化值Δλ确定灵敏度S。

其中，所述灵敏度S的确定过程包括：S＝Δλ/Δnc。

其中，所述设定角度θ大于等于37.25度。

其中，将所述线偏振光以设定角度θ倾斜入射到测量对象表面，使线偏振光穿过所述导模共振传感器变成透射光射出之前，还包括：所述线偏振光通过用复色光源准直后，经过起偏器获得。