[发明专利]一种无相位调制结构的相位型SPR传感系统及应用

说明书

本发明公开了一种无相位调制结构的相位型SPR传感系统及应用。所述的相位型SPR传感系统，包括入射角调节装置、SPR传感模块、分光片、偏振片、成像镜头、CCD；扩束光激发SPR传感模块产生SPR现象，出射光携带有相位信息，经两个分光片被分解为三路，三个光路分别经偏振片、成像镜头后，由CCD检测p偏振光、s偏振光及其45°偏振干涉光强。角度调节装置根据出射p光光强来调节入射角至使p光光强最小值的SPR角，之后根据三个CCD检测到的光强提取相位信息。本发明采取入射角调节装置提高了相位型SPR传感器的角分辨率，同时基于偏振干涉法分别检测两种偏振光及其偏振干涉光强来提取相位信息，具有结构简单，稳定性、高造价低的特点。

技术领域

本发明属于光学传感领域，涉及一种无相位调制结构的相位型SPR传感系统。

背景技术

相位型SPR传感器利用表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)现象反射光相位对电介质折射率产生灵敏地响应的原理，对折射率进行高灵敏度传感。光的频率高无法直接探测到，传统相位型SPR传感器通过引入复杂的光路或者相位调制器实现对反射光相位的提取。正因为传统相位型SPR传感器对相位信息的提取的光路复杂度高或引入相位调制器稳定性低，导致传统相位型SPR传感器至今难以产业化。因而简化相位型SPR传感器光路是其产业化需要克服的一个难点。此外传统相位型SPR传感器的角度分辨率低，不能准确的将入射角调节至SPR共振角，这影响了系统的分辨率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种无相位调制结构的相位型SPR传感系统及应用，其无需引入相位调制结构和复杂的光路，同时设计角度调节装置提高系统的角分辨率以提高系统分辨率。此外，系统利用定义的比值相位代替相位对折射率进行传感，可达到同以量级的分辨率。

本发明公开了一种无相位调制结构的相位型SPR传感系统，包括入射角调节装置、SPR传感模块、分光片、偏振片、成像镜头、CCD。

扩束光激发SPR传感模块产生SPR现象，出射光携带有相位信息，经两个分光片被分解为三路，三个光路分别经偏振片、成像镜头后，由CCD检测p偏振光、s偏振光及其45°偏振干涉光强。角度调节装置根据出射p光光强来调节入射角至使p光光强最小值的SPR角，之后根据三个CCD检测到的光强提取相位信息。

更进一步具体实施中，所述的SPR传感模块包括SPR传感芯片和等腰直角棱镜。

更进一步具体实施中，所述的角度调节装置包括两个直角棱镜和旋转台，其中一个直角棱镜耦合有SPR传感芯片组成SPR传感模块，两个直角棱镜组合成平行四边形结构；传感芯片的中轴线位于旋转台的旋转中心。

更进一步具体实施中，出射光路被两个分光片分解为三路，三路光路由三组相同的成像镜头和CCD对SPR传感芯片进行成像，成像镜头和CCD之间放置偏振片，通过控制三路偏振片的角度使得三个光路分别为检测p光的光路、检测s光的光路和检测其偏振干涉光强。

更进一步具体实施中，角度调节装置通过出射光路中检测到的p光光强的大小来调节入射角，直至满足p光光强达到最小值；

出射光路的三个分光路分别检测p光、s光及其45°偏振干涉光强后，分别计算反射率k_p、k_s和k_i，定义的比值相位ψ计算公式为：

在一定范围内，比值相位ψ是折射率的单调函数，可以通过采用已知折射率的物质对传感系统进行标定或者仿真得到ψ为折射率的单调函数的区间。

本发明的有益效果