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一种表面 等离子体共振成像传感系统

阅读：194发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种表面等离子体共振成像传感系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种表面等离子体共振成像传感系统，它包括一横截面为等腰三角形的等离子体共振器，等腰三角形的底边所在平面为传感平面，传感平面上镀设有一层金属反射膜，金属反射膜上设置有一具有进口和出口的样品池；等腰三角形的两腰所在平面一个作为一入射面，另一个作为出射面，与入射面垂直到达传感平面的入射光路上依次设置有光源、光束整形器和起偏器；由传感平面产生的反射光路上依次设置有检偏器、成像透镜组和面阵光电传感器；面阵光电传感器位于成像透镜组的焦平面上，且面阵光电传感器连接外界的一计算机；其特征在于：光源为非相干光源，在起偏器与入射面之间设置有一窄带滤光器。本发明可以广泛应用在食品安全检测、农药残留检测、生物分子检测以及生物恐怖分子检测等领域中。，下面是一种表面等离子体共振成像传感系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种表面等离子体共振成像传感系统，它包括一横截面为等腰三角形的表面等离子体共振器，所述等腰三角形的底边所在平面为传感平面，所述传感平面上镀设有一层金属反射膜，所述金属反射膜上设置有一具有进口和出口的样品池；所述等腰三角形的两腰所在平面一个作为一入射面，另一个作为出射面，与所述入射面垂直到达所述传感平面的入射光路上依次设置有光源、光束整形器和起偏器；由所述传感平面产生的反射光路上依次设置有检偏器、成像透镜组和面阵光电传感器；所述面阵光电传感器位于所述成像透镜组的焦平面上，且所述面阵光电传感器连接外界的一计算机；其特征在于：所述光源为非相干光源，在所述起偏器与入射面之间设置有一窄带滤光器。
2.如权利要求1所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述非相干光源为白光光源、宽波段激光光源和LED光源中的任一种。
3.如权利要求2所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述非相干光源为所述白光光源中的卤素钨灯光源。
4.如权利要求1或2或3所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：
所述窄带滤光器为单色仪、液晶滤光片和干涉窄带滤光片中的一种。
5.如权利要求4所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述窄带滤光器为通带宽度值范围是0.1～2nm的干涉窄带滤光片。
6.如权利要求5所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述窄带滤光器为通带宽度是1nm的干涉窄带滤光片，其中心波长为633nm。
7.如权利要求1或2或3或5或6所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述金属反射膜为35nm～55nm的范围内的金膜或银膜。
8.如权利要求4所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述金属反射膜为45nm～53nm的范围内的金膜或银膜。
9.如权利要求1或2或3或5或6或8所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述光束整形器为扩束整形镜组和准直镜中的一种，所述成像透镜组为固定焦距的成像透镜组和可变焦距的成像透镜组中的一种，所述面阵光电传感器为面阵CCD器件、面阵CMOS相机和面阵光电二极管阵列中的一种。
10.如权利要求4或7所述的一种表面等离子体共振成像传感系统，其特征在于：所述光束整形器为扩束整形镜组和准直镜中的一种，所述成像透镜组为固定焦距的成像透镜组和可变焦距的成像透镜组中的一种，所述面阵光电传感器为面阵CCD器件、面阵CMOS相机和面阵光电二极管阵列中的一种。

说明书全文

一种表面 等离子体共振成像传感系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生化物质检测系统，特别是关于一种高通量的表面等离子体共振成像传感系统。

背景技术

[0002] 表面等离子体共振(Surface P1asmon Resonance，SPR)是在上个世纪初由Wood发现的。60年代，德国科学家Otto和Kretchmann分别独立发明了用可见光激发表面等离子体的方法。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。SPR技术是利用入射光在一定条件下可激发介质与金属界面表面等离子体波(Surface Plasmon Wave，SPW)，进而引起反射光能量大幅度下降的原理。由于SPR技术具有高的灵敏度、高精度、易于实现特异性检测和实时性强等优点，现已被广泛应用到生物、医药、食品质量安全、化学和环境监测等行业。目前SPR技术主要采用波长探测、角度探测、强度探测和相位探测四种测量方法。其中，波长探测是采用一个固定的入射角度，通过扫描不同的入射光波长，测量共振波长变化，获得待测物的物理或化学性质变化情况。角度探测是通过测量共振角度的变化，获得待测物的物理或化学性质变化情况。强度探测是使系统工作在偏移共振点的强度变化剧烈的位置，通过探测光强变化，获得待测物的物理或化学性质变化情况。相位探测是将入射角度固定在共振角附近，探测反射光相位变化，获得待测物的物理或化学性质变化情况。基于上述四种方法的SPR技术已经产生了许多专利，比如：美国专利US6208422，中国申请专利(申请号01136668.0，200510108184.4)。但是上述专利均采用激光或激光二极管的相干光作为SPR 光源，而相干光或部分相干光容易产生激光散斑，干扰测量结果。特别是在SPR成像技术中，相干光或部分相干光激光散斑产生的影响更为严重，严重时可以造成测量错误。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用非相干光作为光源，能够消除激光散斑影响的表面等离子体共振成像传感系统。

[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种表面等离子体共振成像传感系统，它包括一横截面为等腰三角形的等离子体共振器，所述等腰三角形的底边所在平面为传感平面，所述传感平面上镀设有一层金属反射膜，所述金属反射膜上设置有一具有进口和出口的样品池；所述等腰三角形的两腰所在平面一个作为一入射面，另一个作为出射面，与所述入射面垂直到达所述传感平面的入射光路上依次设置有光源、光束整形器和起偏器；由所述传感平面产生的反射光路上依饮设置有检偏器、成像透镜组和面阵光电传感器；所述面阵光电传感器位于所述成像透镜组的焦平面上，且所述面阵光电传感器连接外界的一计算机；其特征在于：所述光源为非相干光源，在所述起偏器与入射面之间设置有一窄带滤光器。

[0005] 所述非相干光源为白光光源、宽波段激光光源和LED光源中的任一种。

[0006] 所述非相干光源为所述白光光源中的卤素钨灯光源。

[0007] 所述窄带滤光器为单色仪、液晶滤光片和干涉窄带滤光片中的一种。

[0008] 所述窄带滤光器为通带宽度值范围是0.1～2nm的干涉窄带滤光片。

[0009] 所述窄带滤光器为通带宽度是1nm的干涉窄带滤光片，其中心波长为633nm。

[0010] 所述金属反射膜为35nm～55nm的范围内的金膜或银膜。

[0011] 所述光束整形器为扩束整形镜组和准直镜中的一种，所述成像透镜组为固定焦距的成像透镜组和可变焦距的成像透镜组中的一种，所述面阵光电传感器为面阵CCD器件、面阵CMOS相机和面阵光电二极管阵列中的一种。

[0012] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在入射光路设置了非相干光源和窄带滤光器，因此可以将非相干光源产生的光经光束整形器扩束和起偏器起偏后，经窄带滤光器选出红光范围内较窄的非相干光作为入射光，从而避免了传统相干光源的散斑现象，使检测通量和成像信噪比都有显著提高。2、由于本发明的非相干光源可以采用白光光源、宽波段激光光源和LED光源中的任一种，因此可以降低成本，易于商品化。3、由于本发明的窄带滤光器为单色仪、液晶滤光片和干涉窄带滤光片中的一种，因此进一步降低了成本，而且性能稳定。本发明可以广泛应用在食品安全检测、农药残留检测、生物分子检测以及生物恐怖分子检测等领域中。附图说明

[0013] 图1是本发明的结构示意图

[0014] 图2是本发明的光路示意图

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

[0016] 如图1所示，本发明包括一表面等离子体共振器1、一非相干光源2、一光束整形器3、一起偏器4、一窄带滤光器5、一检偏器6、一成像透镜组7和一面阵光电传感器8。其中，表面等离子体共振器1为一棱镜，其横截面为一等腰三角形，以该等腰三角形的底边所在的面为底面A，以该等腰三角形的两腰所在面为等腰侧面B、C。表面等离子体共振器1的底面A上镀设有一层金属反射膜，作为本发明的传感平面11。金属反射膜可以是金膜，也可以选择银膜，其厚度可以在35nm～55nm的范围内进行选择。本实施例中，金属反射膜选择的是厚度为47.5nm的金膜。金属反射膜上设置有一样品池12，样品池12上具有一可供待测样品流入的进口13，以及一供待测样品流出的出口14，待测样品流入样品池12后均匀地分布在传感平面11上。

[0017] 本发明的非相干光源2、光束整形器3、起偏器4和窄带滤光器5依次组成一入射光路，该入射光路与表面等离子体共振器1的等腰侧面B垂直。其中，非相干光源2发射非相干光，其可以是白光光源、宽波段激光光源和LED光源中的任一种，本实施例中，非相干光源2采用的是白光光源中的卤素钨灯光源。光束整形器3对非相干光进行扩束处理，其可以是扩束整形镜组或准直镜。窄带滤光器5可以是单色仪，也可以是液晶滤光片，还可以采用通带宽度值范围是0.1～2nm的干涉窄带滤光片，只要满足表面等离子体共振器1的等腰侧面B的入射光是红光波段的非相干偏振光即可，本实施例中，窄带滤光器5采用通带宽度是1nm的干涉窄带滤光片，其中心波长为633nm。

[0018] 本发明的检偏器6、成像透镜组7和面阵光电传感器8依次组成一出射光路，该出射光路为传感平面11产生的反射光路。其中，面阵光电传感器8位于成像透镜组7的焦平面上，且面阵光电传感器8连接外界的一计算机(图中未示出)。成像透镜组7对反射出的非相干光进行成像，成像透镜组7可以是固定焦距或可变焦距的成像透镜组。面阵光电传感器8可以采用面阵CCD器件，还可以采用面阵CMOS相机或面阵光电二极管阵列。

[0019] 如图2所示，本发明工作时，非相干光源2发出的非相干光经过光束整形器3的扩束处理后，进入起偏器4中产生一非相干线偏振光，该非相干线偏振光经窄带滤光器5滤波处理后，得到红光波段范围内的非相干线偏振光垂直入射到表面等离子体共振器1的等腰侧面B上，进入表面等离子体共振器1并入射到传感平面11上的金属反射膜和待测样品上，若入射角满足共振角大小时，金属反射膜与待测样品在入射的非相干线偏振光的激发下产生表面等离子体波，从而引起反射光能量大幅度下降；若入射角偏离共振角大小时，入射光被金属反射膜全反射。被反射出的非相干的线偏振光依次经过检偏器6和成像透镜组7，最后成像在面阵光电传感器8上。从而面阵光电传感器8记录反射光的光强变化，由计算机对面阵光电传感器8记录的图像信号进行采集和信号提取，因此可以根据面阵光电传感器8记录的光强图像信息实时获得待测样品的折射率变化或者浓度的信息。上述过程中，当入射在传感平面11上的入射角大小满足共振角大小时，面阵光电传感器8探测到的反射光的光强最弱，当入射在传感平面11上的入射角大小偏离共振角大小时，面阵光电传感器
8探测到的反射光的光强很强。

[0020] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

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