[发明专利]一种大量程折射率测量的方法

摘要

大量程折射率测量方法属于物理测量领域。与传统的采用全反射原理、最小偏向角和迈克耳逊干涉仪的测量方法不同，该仪器利用一种棱镜耦合对称金属包覆波导共振结构。待测样品不是处于倏逝场区，而是处于振荡场区域‑波导芯层。这种安排扩展了样品折射率的测量范围、有效地提高了测量灵敏度。本发明具有以下优点：(1)用金属膜作为波导的上下包覆层，样品为导波层，折射率测量范围不受限制；(2)样品可以是液体，也可以是气体；(3)波导空芯腔厚度是几十微米尺度，既能采用小角度入射光激发高灵敏度的高阶导模，又能通过大角度入射激发表面等离子模，可精确确定样品折射率的绝对值；(4)由于采用高灵敏度的高阶导模为探针，测量精度可达0.00001。

主权项

一种大量程折射率测量的方法，利用对称金属包覆波导有效折射率可接近于零的特征，待测样品作为波导芯层，激发的多个高阶导模，实现对气体和液体折射率的大量程的测量(测量范围达1.0＜n＜2.0)；该结构由两部分组成：棱镜耦合空芯金属包覆波导A和光电发射与信号探测模块B； 1)棱镜耦合空芯金属包覆波导A由玻璃棱镜1、上层金属膜2、二氧化硅保护层3、玻璃垫圈4、下层金属膜5、玻璃岛6、玻璃衬底7、进样通道8和出样通道9等部件组成。其特征为： (1)上层金属膜2沉积在玻璃棱镜1的底面，二氧化硅保护层3沉积在上层金属膜2的底面，下层金属膜5沉积在玻璃岛6上，玻璃岛6的厚度小于玻璃垫圈4； (2)为保证导波腔的平行度，首先，玻璃垫圈4和玻璃岛6要求有较高的平行度；其次，玻璃棱镜1、玻璃垫圈4、玻璃岛6和玻璃衬底7必须用光胶技术组装在一起。二氧化硅保护层3与下层金属膜5之间形成约20微米的空腔即为样品池，二氧化硅保护层与样品构成空芯金属包覆波导的导波层； (3)玻璃衬底7上开两个通孔，分别是空芯金属包覆波导A的进样通道8和出样通道9，待测样品通过进样通道8进入样品池，而废弃样品通过出样通道9排出； 2)光电发射与信号探测模块B由激光器10、偏振镜11、会聚透镜12、接收透镜13和CCD成像元件14等部件组成，其特征为： (4)激光器10发射的平行光经过偏振镜11后，成为TM偏振光，再经过会聚透镜12后以一定角度聚焦于玻璃棱镜1底面； (5)反射光经接收透镜13投影到CCD成像元件14，因反射光具有预先设定的角宽度，通常包含三个以上导模的衰减全反射吸收峰(在CCD上为三条黑线)，测定黑线的角位置，便可根据反射率公式确定样品的折射率。