[发明专利]基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置及方法，属于光学技术领域，该装置包括依次设置的激光器、光阑、半波片、第一透镜、第一格兰偏振镜、比色皿、薄膜SiO₂‑YIG‑CeYIG、第二格兰偏振镜、第二透镜以及激光光束分析仪CCD。本发明能够进行直接地、快速地、简便地进行手性分子的手性分辨，能够利用较低浓度的手性分子溶液来进行手性的分辨。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置及方法。

背景技术

手性分子的识别和传感在药理学、生物学、化学等领域都有巨大的研究意义，引起人们的广泛关注。在之前的研究中发现大多的DNA和蛋白质都是手性分子，同时因为它们与偏振光相互作用会使偏振面产生旋转且方向不同，所以将这两种异构体叫做L-左旋和D-右旋，我们可以通过手性的检测来辨别其分子的空间结构。比如手性分子的传感在药理学上的应用，“反应停”事件就是典型的例子，该手性分子一种异构体有镇静作用而另一种异构体却对胚胎有致畸的危害，当时造成出生了大量的畸形婴儿，此事件引起全世界的轩然大波。而且手性药物包括农药、兽药已经成为未来制药领域的必然趋势，手性药物的销售量已然不容小觑，所以手性分子的识别和传感的研究是十分迫切和重要的。用光学手段检测手性分子的方法有很多，目前使用较多的为圆二色性、旋光性、荧光传感器等。近年来随着弱测量技术和光自旋霍尔效应的发展，该技术广泛应用于折射率传感、石墨烯厚度的测量、光场调控等方面，能够进行实时的、高灵敏度的对未知微小位移进行检测。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置及方法，能够进行直接地、快速地、简便地进行手性分子的手性分辨。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于光自旋霍尔效应的手性分子手性分辨装置，包括依次设置的激光器、光阑、半波片、第一透镜、第一格兰偏振镜、比色皿、薄膜SiO₂-YIG-CeYIG、第二格兰偏振镜、第二透镜以及激光光束分析仪CCD；

利用激光器发出波长为632.8纳米的激光；利用光阑限制激光的杂散光；利用半波片调节经限制杂散光后的激光光强；利用第一透镜聚焦激光光束，并通过第一格兰偏振镜对激光光束进行预选，将经预选的激光光束通过装有手性溶液的比色皿照射至薄膜SiO₂-YIG-CeYIG上进行全反射，耦合得到自旋分裂；通过第二格兰偏振镜以及第二透镜使自旋分裂后激光的各单独分量发生干涉，放大观测量，并利用激光光束分析仪CCD进行光斑显示以及位移读取。

进一步地，所述薄膜SiO₂-YIG-CeYIG为三层薄膜结构。

再进一步地，所述全反射的入射角为73°。

再进一步地，所述步骤S3中当激光器发出的激光为水平偏振的高斯光束时，所述高斯光束的角谱E_i表达式如下：

其中，w₀表示束腰宽度，k_ix、k_iy分别为入射波矢的x分量和y分量。

再进一步地，所述步骤S3中激光器发出的激光入射至第一格兰偏振镜的偏振态的表达式如下：

其中，和表示两个本征的量子态。

再进一步地，所述步骤S5中当激光光束通过比色皿后，所述手性分子手性分辨装置的初态的表达式如下：

其中，表示手性溶液的旋光角，表示水平偏振态，表示垂直偏振态。

再进一步地，所述步骤S5中位移y的表达式如下：