[发明专利]一种强度可电调节的表面倏逝波场的产生装置

说明书

本发明属于导波光学技术领域，具体为一种强度可电调节的表面倏逝波场装置。本发明装置包括：耦合棱镜，电控双折射液晶盒，交流电信号驱动器，以及准直激光光源；电控双折射液晶盒由上、下两块基板对合封装组成；上、下基板的表面镀制有功能薄膜：透明ITO导电膜层、液晶定向层，液晶灌注于两液晶定向层之间；耦合棱镜与液晶盒的下基板处贴合；交流电信号驱动器与液晶盒中的上下两透明ITO导电膜层连接；所述准直激光光源发出的准直激光束从耦合棱镜的一个斜边入射，在液晶盒的上基板外层产生可电调节的表面倏逝波场。倏逝场的强度最高增强范围可达到多个数量级。本装置在表面显微测量，生物学，表面化学，显微光谱等领域有重要应用前景。

技术领域

本发明属于导波光学技术领域，具体涉及表面倏逝波场的产生装置。

背景技术

材料，化学，和生命科学的研究是近年来牵引各学科发展的重要动力，新材料决定着技术的应用与发展，表/界面化学反应以及生命科学的研究则与人们的生活品质息息相关，如各种疾病的早期诊断，各种药物的作用机理的澄清与筛选等。而这其中，单分子科学或纳米颗粒的研究，由于可以在微观层面阐明材料的表/界面结构和形态，化学反应的进程及生物组织的变化等许多基本问题，成为人们研究的热点。而这其中荧光光谱和拉曼光谱技术成为研究的主要手段。分子荧光可以研究分子内部的电子结构，而拉曼光谱可以分辨分子的成键结构。

然而，表面增强的拉曼散射（SERS）一般不能在平整的吸附表面获得，样品必须沉积在粗糙的金属表面或金属纳米颗粒表面，使得SERS在很大程度上取决于样品制备和基底表面的粗糙度。这种场增强存在不确定性是SERS的最大弱点。另外，SERS 的测量空间分辨能力受到激发光的和测量系统的衍射极限的限制。针尖增强的拉曼散射(Tip enhancedRaman Scattering, TERS)能克服SERS的这一空间分辨的缺点，可以达到纳米尺度，且其信号增强因子可达10⁵-10⁶倍。但TERS的针尖在实验中容易受损，氧化，及沾染而影响信号测量的稳定性。

近年来, 基于Bloch 表面波(Bloch Surface Wave, BSW)的场增强作用受到人们关注。BSW 是存在于周期性多层介质膜堆中的电磁波，基于光波导效应，光场被限制在周期性的膜层中产生局域化增强，并对其表面的倏逝波场也产生相应增强作用。目前无论是SPR还是BSW，场增强的激发，大多是都是通过Kretschmann 的棱镜耦合方式进行。这样的结构，其场增强性能是一种被动增强机制，即一旦系统结构(1DPC 或金属膜层) 制备完成，对确定的波长和被测样品，理论上场增强因子(EF)就确定了，具体的增强量，受器件结构制备误差，测量仪器的精度，以及操作者的能力等因素影响较大。

因此, 研究一种原位的可调的场增强机制，对场增强因子进行主动控制，如连续的调节或设定，或对波长的改变进行倍率补偿，成为一个具有重要科学和实际意义的问题，它可以减少实验和结果的不确定性，有利于对不同的测量进行量化对比，同时还有利于进行荧光及拉曼信号的激发强度依赖性及特征荧光信号的激发谱的测量研究，可提取更多的材料结构信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优异、使用方便的强度可电调节的表面倏逝波场产生装置。

本发明提供的强度可电调节的表面倏逝波场产生装置，包括：一个耦合棱镜，一个电控双折射（ECB）液晶盒，一个交流电信号驱动器，以及一个准直激光光源；其中，所述电控双折射液晶盒，由上、下两块基板对合封装组成；其中，下基板的上（或下）表面镀制有功能薄膜：低折射率耦合层，过渡层；下基板的上表面还依次镀（涂）有透明ITO导电膜层、液晶定向层；上基板的下表面依次镀（涂）有透明ITO导电膜层、液晶定向层；液晶灌注封装于上、下两液晶定向层之间；所述耦合棱镜与液晶盒的下基板处贴合；所述交流电信号驱动器与液晶盒中的两透明ITO导电膜层连接；所述准直激光光源发出的准直激光束从耦合棱镜的一个斜边入射，入射角大于棱镜对液晶盒耦合层的全反射临界角，在液晶盒的上基板外层产生可电调节的表面倏逝波场。具体参见图1所示。