[发明专利]基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统，其特征在于：包括激励光发射器、传感单元、滤波单元以及检测单元；

所述激励光发射器的输出端与传感单元的输入端耦合连接；所述传感单元的输出端与滤波单元的输入端连接；所述滤波单元的输出端与检测单元的输入端连接；所述传感单元的上表面附着有待测分子；

所述检测单元包括m个微环谐振模块以及与微环谐振模块一一对应的m个探测模块；所述微环谐振模块包括第一直波导、微环波导以及第二直波导；所述m个微环谐振模块中微环波导的半径均不相同；所述微环波导分别与第一直波导以及第二直波导耦合连接；所述微环谐振模块中第二直波导与探测模块连接；

第1个微环谐振模块的第一直波导为检测单元的输入端；所述m个微环谐振模块根据如下方式依次串联：

第1个、第2个、…、第m-1个微环谐振模块的第一直波导与第2个、…、第m个微环谐振模块的第一直波导连接。

2.根据权利要求1所述的基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统，其特征在于：所述传感单元包括波导结构层以及形成于波导结构层上表面的表面增强拉曼层；所述表面增强拉曼层的上表面附着有待测分子；

所述激励光发射器的输出端通过耦合器与波导结构层的输入端耦合连接；所述波导结构层的输出端与滤波单元的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统，其特征在于：所述表面增强拉曼层包括金属纳米粒子；所述金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子以及铜纳米粒子中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统，其特征在于：所述滤波单元包括瑞利滤波器；所述瑞利滤波器用于滤除瑞利光以及激励光。

5.根据权利要求1所述的基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测系统，其特征在于：所述探测模块包括探测器；所述探测器用于探测各种波长的拉曼光信号。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述的检测系统检测待测分子的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将n个中心波长待标点输入到检测单元进行标定，得到微环谐振传输矩阵S_m×n；其中，m为微环谐振模块的个数；

S2.使用所述检测系统对待测分子进行检测，得到待测分子的强度矩阵D_m×1；

S3.预设一个拉曼光谱信息矩阵P_n×1，并计算微环谐振传输矩阵S_m×n与拉曼光谱信息矩阵P_n×1的乘积，得到乘积后的矩阵D′_m×1；

S4.调整矩阵P_n×1中的参数值，使得矩阵D′_m×1与强度矩阵D_m×1相同，并将矩阵D′_m×1与强度矩阵D_m×1相同时，设置的矩阵P_n×1作为目标矩阵；

S5.将目标矩阵中各元素分别与n个中心波长一一对应，得到待测分子的拉曼光谱；

S6.将待测分子的拉曼光谱与拉曼光谱库进行拉曼特征峰比对，识别待测分子的指纹谱线。

7.根据权利要求6所述的基于微环谐振阵列的拉曼光谱片上检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据公式min imize||P_n×1||²调整矩阵P_n×1中的参数值，使得D_m×1-S_m×nP_n×1＝0，进而得到目标矩阵；其中，所述目标矩阵中各元素的取值均≥0。