專利名稱：自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件，屬工業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
早期的SPR折射率傳感器主要利用反射光的振幅特性，這種折射率傳感器的分辨率通常在10-5-10-6折射率單位的范圍。近期的研究表明利用反射光的相位特性和干涉技術(shù)，可以將SPR折射率傳感器的短期分辨率提高到優(yōu)于×10-7。但是，SPR傳感器不僅對(duì)折射率靈敏，對(duì)入射光波長(zhǎng)和入射角同樣靈敏。如果要保證除折射率變化引起的長(zhǎng)期測(cè)量誤差小于1×10-7折射率單位。對(duì)λ＝632.8的光來(lái)說(shuō)，要求波長(zhǎng)穩(wěn)定性優(yōu)于1×10-7。用穩(wěn)頻He-Ne激光器很容易滿足這一要求，而入射角的穩(wěn)定性要求小于2×10-7孤度，要想在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)控制光束的方向漂移小于2×10-7孤度則是相當(dāng)困難的。這主要是傳感器中的傳感元件對(duì)折射率、波長(zhǎng)和入射角都敏感。如果能設(shè)計(jì)一種新型傳感元件，這個(gè)元件僅對(duì)折射率和波長(zhǎng)敏感，而對(duì)入射角不敏感，則可以提高傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和分辨率。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件，包括一個(gè)三角棱鏡ABCEDF，其特征在于在三角棱鏡的光出射面ECBF上附加一個(gè)屋脊棱鏡ECBFGH，光從ABFD面入射，經(jīng)傳感面ACED反射，經(jīng)屋脊面BCHG面反射，經(jīng)屋脊面HGFE反射，經(jīng)傳感面ACED反射，經(jīng)原ABFD面出射。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件，與其它已報(bào)道的表面等離子體波相比，不僅有可能提供優(yōu)于1×10-7的折射率分辨率，而且對(duì)光束漂移不靈敏，理論計(jì)算表明，當(dāng)光束漂移1×10-5孤度時(shí)，對(duì)折射率測(cè)量的影響小于1×10-7折射率單位，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性將得到很大提高。


圖1是已有技術(shù)的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖。
對(duì)圖1的傳感元件，如果入射光束因漂移而相對(duì)傳感元件在入射面內(nèi)改變?chǔ)う?，則入射角改變?chǔ)う?，?duì)測(cè)量造成的影響為 圖2所示是本發(fā)明設(shè)計(jì)的表面等離子體波元件，它的結(jié)構(gòu)就是在原三棱鏡光出射面BCEF上加一屋脊棱鏡BCEFHG，其中角CHE為直角。圖2所示結(jié)構(gòu)中，光線傳播如下光從ABFD面入射——經(jīng)傳感面ACED反射——經(jīng)屋脊面BCHG面反射——經(jīng)屋脊面HGFE反射——經(jīng)傳感面ACED反射——經(jīng)原ABFD面出射。
屋脊棱鏡BFECHG有兩個(gè)作用第一個(gè)作用是折光，使出射光和入射光不重合，以便安排光學(xué)系統(tǒng)。第二個(gè)作用是它的功能相當(dāng)于在平面BFEG的全反射；這樣，當(dāng)入射光束漂移Δα?xí)r，光第一次在傳感面上的入射角改變?chǔ)う粒贐FEC面的入射角改變?chǔ)う?，而在BFEC的出射光則改變-Δα，這樣，光第二次在傳感面上的入射角則改變-Δα。這樣當(dāng)光束漂移Δα?xí)r，對(duì)測(cè)量造成的影響將是∂n∂α(Δα-Δα)=0,]]>也就是說(shuō)光束漂移對(duì)測(cè)量的影響一次誤差為零。
本光學(xué)傳感元件在允許光束漂移的情況下，實(shí)現(xiàn)了光束漂移對(duì)測(cè)量沒(méi)有一次誤差的影響。傳感元件自動(dòng)適應(yīng)了光束漂移的外界環(huán)境，因而稱其為自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件。
值得指出的是上述傳感元件消除一次影響誤差，不消除二次影響誤差。理論計(jì)算表明當(dāng)光束改變1×10-5弧度時(shí)，對(duì)測(cè)量引起的誤差小于1×10-7折射率單位。當(dāng)光束改變1×10-4弧度時(shí)，對(duì)測(cè)量引起的誤差小于1×10-5折射率單位。其影響程度大約與角度改變的平方成正比。
本發(fā)明適用于偏振型表面等離子體波傳感器，特別適用于高分辨率的氣體折射率傳感。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件，包括一個(gè)三角棱鏡ABCEDF，其特征在于在三角棱鏡的光出射面ECBF上附加一個(gè)屋脊棱鏡ECBFGH，光從ABFD面入射，經(jīng)傳感面ACED反射，經(jīng)屋脊面BCHG面反射，經(jīng)屋脊面HGFE反射，經(jīng)傳感面ACED反射，經(jīng)原ABFD面出射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)表面等離子體波氣體折射率傳感元件,包括一個(gè)三角棱鏡ABCEDF,其特征在于在三角棱鏡的光出射面ECBF上附加一個(gè)屋脊棱鏡ECBFGH,光從ABFD面入射,經(jīng)傳感面ACED反射,經(jīng)屋脊面BCHG面反射,經(jīng)屋脊面HGFE反射,經(jīng)傳感面ACED反射,經(jīng)原ABFD面出射。本發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感元件,與其它已報(bào)道的表面等離子體波相比,不僅有可能提供優(yōu)于1×10
文檔編號(hào)G02B5/04GK1344926SQ01134380
公開(kāi)日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者郭繼華, 殷純永, 吳健, 陳濤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)