[发明专利]角度调制与波长调制SPR共用系统

说明书

技术领域

本发明属于光学领域。

背景技术

表面等离子激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）现象对于与产生表面等离子激元的金属薄膜相接触介质（或膜层）的折射率极其敏感，基于这种特性，SPR传感检测技术备受关注，并且得到快速发展，已在生物传感、化学分析、药品研发、食品安全、环境检测、医学诊断等领域得到广泛应用。SPR传感器有四种调制方式，即角度、波长、强度和相位调制。目前，单一调制方式的SPR传感器较为常用且技术比较成熟，比如角度调制型SPR传感器、波长调制型SPR传感器等。且传统的角度调制SPR传感器中，通常利用步进电机带动精密θ-2θ转台旋转，通过θ转台来改变入射角度，通过2θ转台改变探测器位置，从而使探测器可以接收到反射光信号，这种结构的一个弊端是转台的精度和回程误差等，将直接影响到实验结果。

在传统的波长调制SPR传感器测量过程中，要求光源能够输出较宽的波长范围，当宽带光源以固定的入射角度入射在SPR传感器中，通过光谱仪观察到共振波长会随着被测介质折射率的变化而变化，通过多次波长调制实验，可以找到共振波长与被测介质折射率之间的关系，即一个共振波长仅与一个被测介质折射率相对应，可见宽带光源的带宽范围直接影响到SPR传感器可测量的介质折射率范围。通过现有实验基础和仿真分析，可知对于波长调制型SPR传感器，其折射率检测灵敏度随着波长的增加而提高。

在波长调制SPR传感器中，非常重要的环节是如何选取参考谱，很多进行波长SPR调制的实验装置都难于实现实时获取参考光谱，而通常是采用未发生SPR时的全反射光谱作为唯一的参考光谱，进行整个波长SPR扫描的参考光谱，这会影响归一化反射率的数值，影响测量的准确度，无法抵消光源不稳定性等不利因素。

发明内容

本发明是为了解决现有角度调制SPR传感器和波长调制SPR传感器功能单一、角度调制SPR传感器数据测量准确度低和波长调制SPR传感器难于实现实时获取参考光谱的问题，本发明提供了一种角度调制与波长调制SPR共用系统。

角度调制与波长调制SPR共用系统，它包括光源、反射棱镜、显微物镜、载玻片、金膜、接收器、反射镜和光谱仪；

步进电机用于带动反射棱镜在平面内左右移动，所述的金膜镀在载玻片的一面，且金膜与待测物接触，所述的显微物镜通过折射率匹配液与载玻片的另一面相耦合；所述的光源输出的光入射至反射棱镜的第一端面后，形成两束光，其中，第一束光为在反射棱镜的第一端面形成的反射光，第二束光为在反射棱镜的第一端面形成的透射光；

第一束光透过显微物镜聚焦在载玻片的一侧的金膜上，且聚焦在金膜上的入射光经金膜全反射后，又透过显微物镜入射至反射棱镜的第二端面，经反射棱镜的第二端面反射后入射至接收器；

第二束光依次经过反射棱镜的第二端面和第三端面反射后，从其第一端面透射后，入射至反射镜，经反射镜反射后入射至光谱仪；

所述的反射棱镜的第二端面和反射棱镜的第三端面镀有高反膜。

根据所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，它的具体过程为，

步骤一、粗调：将光源的出光口与接收器的入光口相对设置；

步骤二、细调：通过调整接收器的入光口与光源的出光口相对位置，使接收器接收到的光强达到最大，完成光路准直。

本发明所述的角度调制与波长调制SPR共用系统可以实现角度调制、波长调制和角度与波长共同调制，且能保证在移除反射棱镜时，光源发出的光准直入射至接收器；

当角度调制与波长调制SPR共用系统单独进行角度调制时，光源为激光器，且激光器发出的光为单色光，接收器为探测器，而探测器用于光强探测，在步进电机的带动下使反射棱镜在平面内左右移动，从而改变光入射到金膜表面时的入射角，实现角度测量，提高了数据测量的准确度和灵敏度。本发明通过步进电机移动或通过干涉仪控制反射棱镜移动距离，从而精确控制入射角度。

当角度调制与波长调制SPR共用系统单独进行波长调制时，使反射棱镜固定，光源输出的光为宽带光源，接收器为光谱仪，本发明采用反射棱镜的透射光作为实时的参考光谱，用于反射率归一化，从而获得反射率与入射波长之间的对应关系，在进行反射率归一化处理时，可以很好地消除光源不稳定的影响，提高测量准确度和灵敏度。