[发明专利]一种检测深度可调的LRSPR传感器折射率变化测量方法

说明书

本发明公开一种检测深度可调的LRSPR传感器折射率变化测量方法，该LRSPR传感器安装在机械转台上，包括激光器、透镜、棱镜、LRSPR传感芯片、单元光电探测器和可调电压输出装置；LRSPR传感芯片依次包括制备于棱镜底面上的氧化物导电层、折射率调节介质层组合、金属功能层、检测功能层和样品池，样品池内为折射率为n1的参考样品1且未施加电场时，以0.01度为步长连续调节机械转台改变入射光角度，获得参考通道的LRSPR共振角度，本发明通过外场调节折射率调节介质层组合的折射率实现SPW检测深度的调节，可以实现检测功能层和检测样品折射率变化的同时检测。

技术领域

本发明涉及传感器及传感器技术领域，尤其涉及一种检测深度可调的LRSPR传感器折射率变化测量方法。

背景技术

一定波长和入射角度的p-偏振光束通过一定的耦合器(比如棱镜、波导或光栅等)在金属和介质界面以激发倏逝波的方式将能量耦合进入存在于界面、沿垂直上述界面方向呈指数衰减的SPW，其中耦合比例最大的现象称之为SPR，对应的入射角度称为共振角度。在SPW传播的深度范围内，即SPW检测深度，上述介质折射率或者厚度的变化均会引起SPW激发和传播条件的变化，SPR传感器通过测量共振角度检测上述界面附近介质的厚度、折射率等性质的变化。

除了基于在单层金属-检测介质的界面激发SPR进行检测的传统SPR传感器以外，基于其它原理的非传统SPR传感器也得到了研究，其中LRSPR是在一层金属薄膜上下两介质表面同时产生SPW耦合的条件下存在的模式，耦合在金属两侧介质层折射率相近而且金属薄膜厚度很小时发生，这种情况下金属薄膜上下两介质表面同时产生的SPW产生交叠简并形成驻波，导致SPW分成对称和不对称两种模式，其中对称模式由于传播过程中的衰减小于不对称模式，因而称为LRSPR。

传统SPR结构中SPW垂直于金属-介质界面的传播深度由金属和介质层的折射率决定，因此当金属层材料和厚度一定的情况下，SPW检测深度只随介质层折射率变化而改变，当SPW检测深度大于检测介质层深度时，检测介质层深度范围之外的背景介质层折射率变化将形成检测背景信号对上述深度范围的检测有效信号形成干扰。

与传统SPR结构不同，LRSPR结构中SPW垂直于金属-介质界面的传播深度由金属及其两侧介质层的折射率决定，当金属层材料和厚度一定的情况下，除了检测介质层折射率变化以外，金属另一侧的介质层或者介质层组合的折射率变化也会影响LRSPR传感器SPW检测深度。通过改变所述介质层或者介质层组合折射率，将SPW检测深度控制在检测介质层厚度范围内，LRSPR传感器将无法检测背景介质层的折射率变化，只会对检测介质层折射率变化产生响应。

综上，有必要设计一种检测深度可调的LRSPR传感器来弥补上述缺陷。

发明内容

本发明提出一种检测深度可调的LRSPR传感器折射率变化测量方法，其解决了现有技术中传感器因信号干扰或折射率变化影响传感器的可探测介质层深度。本发明通过外场调节折射率调节介质层组合的折射率实现SPW检测深度的调节，可以实现检测功能层和检测样品折射率变化的同时检测。

一种检测深度可调的LRSPR传感器折射率变化测量方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S01)该传感器安装在机械转台上，包括激光器、透镜、棱镜、LRSPR传感芯片、单元光电探测器和可调电压输出装置，LRSPR传感芯片依次包括制备于棱镜底面上的氧化物导电层、折射率调节介质层组合、金属功能层、检测功能层和样品池，样品池内为折射率为n1的参考样品1且未施加电场时，以0.01度为步长连续调节机械转台改变入射光角度，获得参考通道的LRSPR共振角度；

(S02)以10V为步长调节施加电场的电压，选择具有电光效应的折射率调节介质层组合，通过施加电场来使其折射率n发生Δn的变化，其满足如下公式：