角度調(diào)制與波長調(diào)制spr共用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，涉及光學(xué)領(lǐng)域；為了解決現(xiàn)有角度調(diào)制SPR傳感器和波長調(diào)制SPR傳感器功能單一、角度調(diào)制SPR傳感器數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確度低和波長調(diào)制SPR傳感器難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取參考光譜等問題，光源輸出的光入射至反射棱鏡的第一端面后形成反射光和透射光；反射光透過顯微物鏡聚焦在金膜上，經(jīng)金膜全反射后透過顯微物鏡后，經(jīng)反射棱鏡的第二端面反射后入射至接收器；透射光在反射棱鏡內(nèi)反射后從反射棱鏡第一端面透射后經(jīng)反射鏡反射后入射至光譜儀；本發(fā)明具體應(yīng)用在化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品分析、醫(yī)療及制藥等領(lǐng)域。
【專利說明】角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子激元共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)現(xiàn)象對(duì)于與產(chǎn)生表面等離子激元的金屬薄膜相接觸介質(zhì)(或膜層)的折射率極其敏感，基于這種特性，SPR傳感檢測技術(shù)備受關(guān)注，并且得到快速發(fā)展，已在生物傳感、化學(xué)分析、藥品研發(fā)、食品安全、環(huán)境檢測、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。SPR傳感器有四種調(diào)制方式，即角度、波長、強(qiáng)度和相位調(diào)制。目前，單一調(diào)制方式的SPR傳感器較為常用且技術(shù)比較成熟，比如角度調(diào)制型SPR傳感器、波長調(diào)制型SPR傳感器等。且傳統(tǒng)的角度調(diào)制SPR傳感器中，通常利用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)精密Θ-2Θ轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，通過Θ轉(zhuǎn)臺(tái)來改變?nèi)肷浣嵌?，通過2 Θ轉(zhuǎn)臺(tái)改變探測器位置，從而使探測器可以接收到反射光信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)弊端是轉(zhuǎn)臺(tái)的精度和回程誤差等，將直接影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0003]在傳統(tǒng)的波長調(diào)制SPR傳感器測量過程中，要求光源能夠輸出較寬的波長范圍，當(dāng)寬帶光源以固定的入射角度入射在SPR傳感器中，通過光譜儀觀察到共振波長會(huì)隨著被測介質(zhì)折射率的變化而變化，通過多次波長調(diào)制實(shí)驗(yàn)，可以找到共振波長與被測介質(zhì)折射率之間的關(guān)系，即一個(gè)共振波長僅與一個(gè)被測介質(zhì)折射率相對(duì)應(yīng)，可見寬帶光源的帶寬范圍直接影響到SPR傳感器可測量的介質(zhì)折射率范圍。通過現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和仿真分析，可知對(duì)于波長調(diào)制型SPR傳感器，其折射率檢測靈敏度隨著波長的增加而提高。
[0004]在波長調(diào)制SPR傳感器中，非常重要的環(huán)節(jié)是如何選取參考譜，很多進(jìn)行波長SPR調(diào)制的實(shí)驗(yàn)裝置都難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取參考光譜，而通常是采用未發(fā)生SPR時(shí)的全反射光譜作為唯一的參考光譜，進(jìn)行整個(gè)波長SPR掃描的參考光譜，這會(huì)影響歸一化反射率的數(shù)值，影響測量的準(zhǔn)確度，無法抵消光源不穩(wěn)定性等不利因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有角度調(diào)制SPR傳感器和波長調(diào)制SPR傳感器功能單一、角度調(diào)制SPR傳感器數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確度低和波長調(diào)制SPR傳感器難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取參考光譜的問題，本發(fā)明提供了一種角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)。
[0006]角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，它包括光源、反射棱鏡、顯微物鏡、載玻片、金膜、接收器、反射鏡和光譜儀；
[0007]步進(jìn)電機(jī)用于帶動(dòng)反射棱鏡在平面內(nèi)左右移動(dòng)，所述的金膜鍍在載玻片的一面，且金膜與待測物接觸，所述的顯微物鏡通過折射率匹配液與載玻片的另一面相耦合；所述的光源輸出的光入射至反射棱鏡的第一端面后，形成兩束光，其中，第一束光為在反射棱鏡的第一端面形成的反射光，第二束光為在反射棱鏡的第一端面形成的透射光；
[0008]第一束光透過顯微物鏡聚焦在載玻片的一側(cè)的金膜上，且聚焦在金膜上的入射光經(jīng)金膜全反射后，又透過顯微物鏡入射至反射棱鏡的第二端面，經(jīng)反射棱鏡的第二端面反射后入射至接收器；
[0009]第二束光依次經(jīng)過反射棱鏡的第二端面和第三端面反射后，從其第一端面透射后，入射至反射鏡，經(jīng)反射鏡反射后入射至光譜儀；
[0010]所述的反射棱鏡的第二端面和反射棱鏡的第三端面鍍有高反膜。
[0011]根據(jù)所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)中光源與接收器實(shí)現(xiàn)光路準(zhǔn)直的方法，它的具體過程為，
[0012]步驟一、粗調(diào):將光源的出光口與接收器的入光口相對(duì)設(shè)置；
[0013]步驟二、細(xì)調(diào):通過調(diào)整接收器的入光口與光源的出光口相對(duì)位置，使接收器接收到的光強(qiáng)達(dá)到最大，完成光路準(zhǔn)直。
[0014]本發(fā)明所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)角度調(diào)制、波長調(diào)制和角度與波長共同調(diào)制，且能保證在移除反射棱鏡時(shí)，光源發(fā)出的光準(zhǔn)直入射至接收器；
[0015]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行角度調(diào)制時(shí)，光源為激光器，且激光器發(fā)出的光為單色光，接收器為探測器，而探測器用于光強(qiáng)探測，在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下使反射棱鏡在平面內(nèi)左右移動(dòng)，從而改變光入射到金膜表面時(shí)的入射角，實(shí)現(xiàn)角度測量，提高了數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度和靈敏度。本發(fā)明通過步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)或通過干涉儀控制反射棱鏡移動(dòng)距離，從而精確控制入射角度。
[0016]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行波長調(diào)制時(shí)，使反射棱鏡固定，光源輸出的光為寬帶光源，接收器為光譜儀，本發(fā)明采用反射棱鏡的透射光作為實(shí)時(shí)的參考光譜，用于反射率歸一化，從而獲得反射率與入射波長之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在進(jìn)行反射率歸一化處理時(shí)，可以很好地消除光源不穩(wěn)定的影響，提高測量準(zhǔn)確度和靈敏度。
[0017]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行角度調(diào)制和波長調(diào)制時(shí)，光源發(fā)出的光為寬帶光，在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下使反射棱鏡在平面內(nèi)左右移動(dòng)，從而改變光入射到金膜表面時(shí)的入射角，將反射棱鏡中的透射光作為實(shí)時(shí)的參考光譜，用于反射率歸一化，獲得反射率與入射波長之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在進(jìn)行反射率歸一化處理時(shí)，可以很好地消除光源不穩(wěn)定的影響，提高測量準(zhǔn)確度和靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)的原理示意圖；附圖標(biāo)記9表示步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射棱鏡在平面內(nèi)移動(dòng)的方向。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，它包括光源1、反射棱鏡2、顯微物鏡3、載玻片4、金膜5、接收器6、反射鏡7和光譜儀8 ；
[0020]步進(jìn)電機(jī)用于帶動(dòng)反射棱鏡2在平面內(nèi)左右移動(dòng)，所述的金膜5鍍在載玻片4的一面，且金膜5與待測物接觸，所述的顯微物鏡3通過折射率匹配液與載玻片4的另一面相率禹合；所述的光源I輸出的光入射至反射棱鏡2的第一端面后,形成兩束光,其中,第一束光為在反射棱鏡2的第一端面形成的反射光，第二束光為在反射棱鏡2的第一端面形成的透射光；[0021]第一束光透過顯微物鏡3聚焦在載玻片4的一側(cè)的金膜5上，且聚焦在金膜5上的入射光經(jīng)金膜5全反射后，又透過顯微物鏡3入射至反射棱鏡2的第二端面，經(jīng)反射棱鏡2的第二端面反射后入射至接收器6 ；
[0022]第二束光依次經(jīng)過反射棱鏡2的第二端面和第三端面反射后，從其第一端面透射后，入射至反射鏡7，經(jīng)反射鏡7反射后入射至光譜儀8 ；
[0023]所述的反射棱鏡2的第二端面和反射棱鏡2的第三端面10鍍有高反膜。
[0024]本實(shí)施方式中，角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)角度調(diào)制、波長調(diào)制和角度與波長共同調(diào)制；
[0025]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)進(jìn)行角度調(diào)制時(shí)，在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下使反射棱鏡2在平面內(nèi)左右移動(dòng)，從而改變光入射到金膜5表面時(shí)的入射角，而接收器6用于光強(qiáng)探測。
[0026]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行波長調(diào)制時(shí)，使反射棱鏡2保持固定，并采用反射棱鏡2的透射光作為實(shí)時(shí)的參考光譜，用于反射率歸一化，從而獲得反射率與入射波長之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在進(jìn)行反射率歸一化處理時(shí)，可以很好地消除光源I不穩(wěn)定的影響，提高測量準(zhǔn)確度和靈敏度；
[0027]當(dāng)角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行角度調(diào)制和波長調(diào)制時(shí)，在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下使反射棱鏡在平面內(nèi)左右移動(dòng)，從而改變光入射到金膜表面時(shí)的入射角，將反射棱鏡中的透射光作為實(shí)時(shí)的參考光譜，用于反射率歸一化，獲得反射率與入射波長之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:參見圖1說明本實(shí)施方式，根據(jù)【具體實(shí)施方式】一所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)中光源與接收器實(shí)現(xiàn)光路準(zhǔn)直的方法，它的具體過程為，
[0029]步驟一、粗調(diào):將光源I的出光口與接收器6的入光口相對(duì)設(shè)置；
[0030]步驟二、細(xì)調(diào):通過調(diào)整接收器6的入光口與光源I的出光口相對(duì)位置，使接收器6接收到的光強(qiáng)達(dá)到最大，完成光路準(zhǔn)直。
[0031]本實(shí)施方式中，保證在移除反射棱鏡2時(shí)，光源I發(fā)出的光準(zhǔn)直入射至接收器6。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的光源I輸出的光為單色光或?yàn)閷拵Ч狻?br> [0033]【具體實(shí)施方式】四:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的接收器6為探測器或?yàn)楣庾V儀。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的顯微物鏡3為數(shù)值孔徑大于1.25的顯微物鏡。
[0035]【具體實(shí)施方式】六:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的光源I為輸出單色光的激光器。
【權(quán)利要求】
1.角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，其特征在于，它包括光源(I)、反射棱鏡(2)、顯微物鏡(3)、載玻片(4)、金膜(5)、接收器(6)、反射鏡(7)和光譜儀(8)； 步進(jìn)電機(jī)用于帶動(dòng)反射棱鏡(2 )在平面內(nèi)左右移動(dòng)，所述的金膜(5 )鍍在載玻片(4 )的一面，且金膜(5)與待測物接觸，所述的顯微物鏡(3)通過折射率匹配液與載玻片(4)的另一面相耦合；所述的光源(I)輸出的光入射至反射棱鏡(2)的第一端面后，形成兩束光，其中，第一束光為在反射棱鏡(2)的第一端面形成的反射光，第二束光為在反射棱鏡(2)的第一端面形成的透射光； 第一束光透過顯微物鏡(3 )聚焦在載玻片(4 )的一側(cè)的金膜(5 )上，且聚焦在金膜(5 )上的入射光經(jīng)金膜(5)全反射后，又透過顯微物鏡(3)入射至反射棱鏡(2)的第二端面，經(jīng)反射棱鏡(2)的第二端面反射后入射至接收器(6)； 第二束光依次經(jīng)過反射棱鏡(2)的第二端面和第三端面反射后，從其第一端面透射后，入射至反射鏡(7)，經(jīng)反射鏡(7)反射后入射至光譜儀(8)； 所述的反射棱鏡(2)的第二端面和反射棱鏡(2)的第三端面(10)鍍有高反膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)中光源與接收器實(shí)現(xiàn)光路準(zhǔn)直的方法，其特征在于，它的具體過程為， 步驟一、粗調(diào):將光源(I)的出光口與接收器(6)的入光口相對(duì)設(shè)置； 步驟二、細(xì)調(diào):通過調(diào)整接收器(6)的入光口與光源(I)的出光口相對(duì)位置，使接收器(6 )接收到的光強(qiáng)達(dá)到最大，完成光路準(zhǔn)直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，其特征在于，所述的光源(I)輸出的光為單色光或?yàn)閷拵Ч狻?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，其特征在于，所述的接收器(6)為探測器或?yàn)楣庾V儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，其特征在于，所述的顯微物鏡(3)為數(shù)值孔徑大于1.25的顯微物鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的角度調(diào)制與波長調(diào)制SPR共用系統(tǒng)，其特征在于，所述的光源(I)為輸出單色光的激光器。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK103439294SQ201310406602
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】黃妍, 李松權(quán), 高來勖, 劉書鋼 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)