[发明专利]用于相位型SPR面阵传感的相位提取方法

说明书

技术领域

本发明属于光子学，工程检测学和生物检测学交叉技术领域，具体涉及一种面阵SPR传感的相位提取方法。

背景技术

表面等离子共振传感器(Surface Plasmon Resonance Sensor,以下简称SPR传感器)是一种高精度的折射率传感器。当激光以一定角度入射到金属薄膜时，可激发其表面电子共振，即SPR。通过此方法可以实现对金属薄膜表面的样品折射率的高精度传感。发生SPR时，反射光中的P光光强迅速衰减并伴随有相位的剧烈跳变。相位型SPR传感器通过提取反射光中的P光和S光的相位差来检测样品的折射率变化，这种类型的SPR传感器的传感精度最高。另外，相位型的SPR传感器可用于高通量面阵成像，利用CCD成像技术来实现多个通道样品的同时检测。

为了得到相位型的SPR传感器的P光和S光的相位差，需要对其相位进行调制，一般通过在入射光路中加入相位调制器来实现相位调制。目前使用比较多的是液晶相位调制器(LCM)，压电陶瓷位移平台(PZT)和光弹调制器(PEM)等。基于LCM的调制器易受温度的影响，基于PZT的调制器对实验平台的稳定度要求高，基于PEM的调制器成本高，调制方法复杂。

发明内容

本发明针对现有相位型SPR面阵传感器中的相位调制器的温度稳定性高、实验平台稳定度高、价格昂贵等特点，发明了一种全新的无需相位调制器的直接提取SPR面阵传感的相位提取器及其相位提取方法。这种相位提取器无需引入相位调制器，直接提取带有SPR信息的避免了温度等外界因素对实验精度的影响，而且成本低，有很大的实际应用潜力。

本发明采用的技术方案是：

本发明中的相位提取器包括一个光分束器(Beam Splitter,BS)、一个光偏振分束器(Polarized Beam Splitter,PBS)，三个完全相同的成像透镜，一个检偏器，三个完全相同的CCD，一台计算机。一束携带有SPR相位信息的出射光，经过BS，分成两束光强一样的光。其中一束光经过检偏器，得到P光和S光的45°干涉光，通过成像透镜在CCD上成像。另一束光经过PBS，分成一束P光和一束S光，分别通过成像透镜在CCD上成像。可得到传感面上某一确定点的三个CCD上的光强值：P光和S光的干涉光强I，P光光强I_p，S光光强I_s。根据公式即可得到其中为P光的相位差，为S光的相位差，即SPR的相位信息。

利用该相位提取器进行SPR相位信息提取的方法，具体是：

调整光分束器的位置，使得经过SPR传感面的出射光位于光分束器的中央。携带有SPR相位信息的光，经过光分束器被分成两束传播方向相互垂直的完全相同的光。在其中一束光传播方向上放入检偏器，并旋转偏振方向，使其处于P光和S光45°干涉偏振方向。用一个成像透镜将光束聚焦至CCD上成清晰的像。另一束光经过光偏振分束器，被分成传播方向相互垂直的P光和S光，分别用一个成像透镜将光束聚焦至CCD上成清晰的像。此时，可以得到传感面的3幅CCD图像，即对传感面的每一个固定点都有3个光强：P光和S光的干涉光强I，P光的光强I_p，S光的光强I_s。根据公式即可算出即可以得到该固定点的SPR相位信息。因此，根据得到的传感面的3幅CCD图像，可以计算出整个传感面每一点的相位信息，进一步得到每一点对应的折射率信息。

本发明具有的有益效果：本发明无需加入传统的相位调制器，可以直接提取克服了传统相位调制器LCM温度稳定性差、PZT抗震性差和PEM价格昂贵等缺点。可以在环境温度变化和平台震动下，依然可以稳定的提取由于该相位提取器的核心部分是光分束器(BS)、光偏振分束器(PBS)、检偏器和三个成像透镜，相比相位调制器，成本大大降低。同时，保证选用3个完全相同的成像透镜和成像CCD，可以将外界因素引起的误差降至最低，实验精度高。

附图说明

图1为本发明方法所涉及的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述：

一束入射光，在传感面发生SPR，出射光中的P光的光强会发生大幅度的衰减，并相位发生剧烈跳变。而由于S光不能发生SPR，因此光强和相位基本没有变化，因此通过提取出P光和S光的相位差，既可以得到SPR相位信息，进一步得到金属薄膜表面的折射率信息。