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一种表面 等离子体共振 传感器

阅读：697发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种表面等离子体共振传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种表面等离子体共振传感器，包括有光源、表面等离子体传感器以及光谱探测器，所述的表面等离子体传感器为等腰三角形棱镜，表面等离子体传感器的底面镀有平面状的金属反射膜，腰面分别镀有入射高反射膜和出射高反射膜；入射高反射膜、出射高反射膜表面均为球形面；入射高反射膜、出射高反射膜之间的空间构成高精细度腔，光谱探测器探测出射光束的光谱，是经过多次表面等离子体共振后射出的光束，检测灵敏度高。另外，该传感器模块化程度高、系统简单；精细腔构成简单，只有一个光学元件；结构简单稳定，对机械定位要求低；技术可以移植性强。，下面是一种表面等离子体共振传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种表面等离子体共振传感器，包括有光源、表面等离子体传感器以及光谱探测器，其特征在于：
所述的表面等离子体传感器为等腰三角形棱镜，表面等离子体传感器的底面镀有平面状的金属反射膜，腰面分别镀有入射高反射膜和出射高反射膜；入射高反射膜、出射高反射膜表面均为球形面；
所述的光源设置在入射高反射膜一侧，其发射光路沿入射高反射膜的球形面径向射入，光源与入射高反射膜之间沿光源的发射光路设置有光隔离器；
所述的光谱探测器设置在出射高反射膜一侧的出射光路上，且所述的出射光路沿出射高反射膜的球形面径向射出。
2.如权利要求1所述的一种表面等离子体共振传感器，其特征在于：所述的入射高反射膜球形面的球心、出射高反射膜球形面的球心和金属反射膜的全反射点三点所构成的平面与表面等离子体传感器轴向垂直，并且满足
其中，R1为入射高反射膜的球面的曲率半径,R2为出射高反射膜的球面的曲率半径,L为光源由入射高反射膜经金属反射膜传播到出射高反射膜所经过的距离。
3.如权利要求1所述的一种表面等离子体共振传感器，其特征在于：所述的光源为白炽灯、氙灯或发光二极管中的一种。
4.如权利要求1所述的一种表面等离子体共振传感器，其特征在于：所述的光谱探测器为光栅光谱仪、棱镜光谱仪或基于微光机电系统光谱仪中的一种。

说明书全文

一种表面 等离子体共振 传感器

技术领域

[0001] 本实用新型属于光学技术领域，涉及一种光电传感器，特别是一种表面等离子体共振传感器，主要用于食品安全、环境监测、生物、化学及医学等领域的痕量物质检测。背景技术

[0002] 表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，简称SPR)是一种物理光学现象，在上世纪初被Wood发现。80年代，瑞典科学家Liedberg将这一技术用于生物大分子相互作用的检测。之后，表面等离子体共振传感技术迅速发展，发展成为十分有用的检测技术。

[0003] 表面等离子体共振传感技术可广泛应用到食品安全、环境监测、生物医学等领域。在食品安全领域主要应用包括：农、兽药残留量的检测，食品中微生物污染检测，生物毒素的检测等等。在环境监测领域，表面等离子体共振检测技术可以检测多环芳烃类、多氯联苯类、酚类、烷烃、芳香族化合物和重金属离子等有毒有污染物质。在生物学以及相关领域，基于表面等离子体共振的生物传感技术，通过分析生物分子如蛋白质-蛋白质、药物-蛋白质、蛋白质-核酸、核酸-核酸之间的相互作用，得到相应组分的痕量浓度以及有关性质。 [0004] 由于对检测灵敏度的要求越来越高，高灵敏度表面等离子体共振传感系统成为痕量物质测量技术发展趋势之一。在先技术中，有一种表面等离子体传感器（参见中国发明专利“波长调制偏振型表面等离子体波传感器”，专利号号：ZL01136673.7）。该表面等离子体共振传感器具有相当的优点，但是，仍然存在不足，主要为用于测量的光束在传感部件中发生一次全反射，致使探测器探测到的表面等离子体共振吸收信号为被测物质一次作用于光束的信号，所以导致探测灵敏度不高，有很大的探测灵敏度提升空间。

发明内容

[0005] 本实用新型的目的是：针对现有技术存在的不足，提供一种具有检测灵敏度高，模块化程度高、系统简单，技术可以移植性强的表面等离子体共振传感器。

[0006] 为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：一种表面等离子体共振传感器，包括有光源、表面等离子体传感器以及光谱探测器，所述的表面等离子体传感器为等腰三角形棱镜，表面等离子体传感器的底面镀有平面状的金属反射膜，腰面分别镀有入射高反射膜和出射高反射膜；入射高反射膜、出射高反射膜表面均为球形面；所述的光源设置在入射高反射膜一侧，其发射光路沿入射高反射膜的球形面径向射入，光源与入射高反射膜之间沿光源的发射光路设置有光隔离器；所述的光谱探测器设置在出射高反射膜一侧的出射光路上，且所述的出射光路沿出射高反射膜的球形面径向射出。

[0007] 作为优选方案：所述的入射高反射膜球形面的球心、出射高反射膜球形面的球心和金属反射膜的全反射点三点所构成的平面与表面等离子体传感器轴向垂直，并且满足 [0008]

[0009] 其中，R1为入射高反射膜的球面的曲率半径,R2为出射高反射膜的球面的曲率半径,L为光源由入射高反射膜经金属反射膜传播到出射高反射膜所经过的距离。 [0010] 作为优选方案：所述的光源为白炽灯、氙灯或发光二极管中的一种。 [0011] 作为优选方案：所述的光谱探测器为光栅光谱仪、棱镜光谱仪或基于微光机电系统光谱仪中的一种。

[0012] 与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：在上述方案中将腔增强吸收光谱技术应用到表面等离子体共振传感器，在表面等离子体传感器的棱镜上，将光束入射和光束出射两个面上镀有与入射光束波长相匹配的入射高反射膜和出射高反射膜，两个高反射面构成高精细度腔。光束传播经过棱镜时，光束在高精细度腔内往返传播，每次往返均在棱镜镀有金属反射模的一面发生表面等离子体共振，与被测物质相互所用，在出射高反射面发生反射时，均有部分光透射。光谱探测器探测出射光束的光谱，是经过多次表面等离子体共振后射出的光束，检测灵敏度高。另外，该传感器模块化程度高、系统简单；精细腔构成简单，只有一个光学元件；结构简单稳定，对机械定位要求低；技术可以移植性强。附图说明

[0013] 图1是本实用新型的结构示意图。

[0014] 1、光源；2、光隔离器；3、表面等离子体传感器；301、入射高反射膜；302、金属反射膜；303、出射高反射膜；4、光谱探测器。

具体实施方式

[0015] 下面根据附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

[0016] 实施例

[0017] 根据图1所示，本实施例所述的一种表面等离子体共振传感器，包括有光源1、表面等离子体传感器3以及光谱探测器4，所述的表面等离子体传感器3为等腰三角形棱镜，表面等离子体传感器3的底面镀有平面状的金属反射膜302，腰面分别镀有入射高反射膜301和出射高反射膜303；入射高反射膜301、出射高反射膜303表面均为球形面；所述的光源1设置在入射高反射膜301一侧，其发射光路沿入射高反射膜301的球形面径向射入，光源1与入射高反射膜301之间沿光源1的发射光路设置有光隔离器2；所述的光谱探测器4设置在出射高反射膜303一侧的出射光路上，且所述的出射光路沿出射高反射膜303的球形面径向射出。

[0018] 本实用新型中涉及光谱探测器4的光谱信息分析技术是现有的成熟技术。 [0019] 所述的入射高反射膜301球形面的球心、出射高反射膜303球形面的球心和金属反射膜302的全反射点三点所构成的平面与表面等离子体传感器3轴向垂直，并且满足 [0020]

[0021] 其中，R1为入射高反射膜的球面的曲率半径,R2为出射高反射膜的球面的曲率半径,L为光源由入射高反射膜经金属反射膜传播到出射高反射膜所经过的距离。 [0022] 所述的光源可以为白炽灯、氙灯或发光二极管中的一种。

[0023] 所述的光谱探测器可以为光栅光谱仪、棱镜光谱仪或基于微光机电系统光谱仪中的一种。

[0024] 该传感器的工作过程为：光源1发出光束,经过光隔离器2，入射到表面等离子体传感器3的入射高反射膜301上，部分光束投射后在金属反射膜302上发生全反射，反射光束经过出射高反射膜303透射，传向光谱探测器4。入射高反射膜301和出射高反射膜303为球形面，形成光束传播的谐振的高精细度腔，为光学稳定腔，光束在高精细度腔内往返传播，每次经过光束出射面时，有部分光透射后达到光谱探测器4。从而，光谱探测器4得到传感平面上发生全反射的反射光的光谱信息，光谱信息包含有共振吸收峰幅值和共振波长信息。金属反射膜302上发生全反射区域为接触被测物质区域。共振吸收峰幅值和共振波长与传感平面全反射区域附近物质特性有关，从而可以得到被测物质信息，例如，折射率，浓度等。当测量物质浓度时，光谱探测器4得到共振光谱信息后，通过对光谱信息分析，即得到了被测物质的浓度测量。本实用新型具有检测灵敏度高，模块化程度高、系统简单等特点。

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