CN103439294B - 角度调制与波长调制spr共用系统 - Google Patents

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角度调制与波长调制SPR共用系统，涉及光学领域；为了解决现有角度调制SPR传感器和波长调制SPR传感器功能单一、角度调制SPR传感器数据测量准确度低和波长调制SPR传感器难于实现实时获取参考光谱等问题，光源输出的光入射至反射棱镜的第一端面后形成反射光和透射光；反射光透过显微物镜聚焦在金膜上，经金膜全反射后透过显微物镜后，经反射棱镜的第二端面反射后入射至接收器；透射光在反射棱镜内反射后从反射棱镜第一端面透射后经反射镜反射后入射至光谱仪；本发明具体应用在化学分析、生物医学、环境监测、食品分析、医疗及制药等领域。

Description

角度调制与波长调制SPR共用系统
技术领域
本发明属于SRP传感检测领域。
背景技术
表面等离子激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)现象对于与产生表面等离子激元的金属薄膜相接触介质(或膜层)的折射率极其敏感，基于这种特性，SPR传感检测技术备受关注，并且得到快速发展，已在生物传感、化学分析、药品研发、食品安全、环境检测、医学诊断等领域得到广泛应用。SPR传感器有四种调制方式，即角度、波长、强度和相位调制。目前，单一调制方式的SPR传感器较为常用且技术比较成熟，比如角度调制型SPR传感器、波长调制型SPR传感器等。且传统的角度调制SPR传感器中，通常利用步进电机带动精密θ-2θ转台旋转，通过θ转台来改变入射角度，通过2θ转台改变探测器位置，从而使探测器可以接收到反射光信号，这种结构的一个弊端是转台的精度和回程误差等，将直接影响到实验结果。
在传统的波长调制SPR传感器测量过程中，要求光源能够输出较宽的波长范围，当宽带光源以固定的入射角度入射在SPR传感器中，通过光谱仪观察到共振波长会随着被测介质折射率的变化而变化，通过多次波长调制实验，可以找到共振波长与被测介质折射率之间的关系，即一个共振波长仅与一个被测介质折射率相对应，可见宽带光源的带宽范围直接影响到SPR传感器可测量的介质折射率范围。通过现有实验基础和仿真分析，可知对于波长调制型SPR传感器，其折射率检测灵敏度随着波长的增加而提高。
在波长调制SPR传感器中，非常重要的环节是如何选取参考谱，很多进行波长SPR调制的实验装置都难于实现实时获取参考光谱，而通常是采用未发生SPR时的全反射光谱作为唯一的参考光谱，进行整个波长SPR扫描的参考光谱，这会影响归一化反射率的数值，影响测量的准确度，无法抵消光源不稳定性等不利因素。
发明内容
本发明是为了解决现有角度调制SPR传感器和波长调制SPR传感器功能单一、角度调制SPR传感器数据测量准确度低和波长调制SPR传感器难于实现实时获取参考光谱的问题，本发明提供了一种角度调制与波长调制SPR共用系统。
角度调制与波长调制SPR共用系统，它包括光源、反射棱镜、显微物镜、载玻片、金膜、接收器、反射镜和光谱仪；
步进电机用于带动反射棱镜在平面内左右移动，所述的金膜镀在载玻片的一面，且金膜与待测物接触，所述的显微物镜通过折射率匹配液与载玻片的另一面相耦合；所述的光源输出的光入射至反射棱镜的第一端面后，形成两束光，其中，第一束光为在反射棱镜的第一端面形成的反射光，第二束光为在反射棱镜的第一端面形成的透射光；
第一束光透过显微物镜聚焦在载玻片的一侧的金膜上，且聚焦在金膜上的入射光经金膜全反射后，又透过显微物镜入射至反射棱镜的第二端面，经反射棱镜的第二端面反射后入射至接收器；
第二束光依次经过反射棱镜的第二端面和第三端面反射后，从其第一端面透射后，入射至反射镜，经反射镜反射后入射至光谱仪；
所述的反射棱镜的第二端面和反射棱镜的第三端面镀有高反膜。
根据所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，它的具体过程为，
步骤一、粗调：将光源的出光口与接收器的入光口相对设置；
步骤二、细调：通过调整接收器的入光口与光源的出光口相对位置，使接收器接收到的光强达到最大，完成光路准直。
本发明所述的角度调制与波长调制SPR共用系统可以实现角度调制、波长调制和角度与波长共同调制，且能保证在移除反射棱镜时，光源发出的光准直入射至接收器；
当角度调制与波长调制SPR共用系统单独进行角度调制时，光源为激光器，且激光器发出的光为单色光，接收器为探测器，而探测器用于光强探测，在步进电机的带动下使反射棱镜在平面内左右移动，从而改变光入射到金膜表面时的入射角，实现角度测量，提高了数据测量的准确度和灵敏度。本发明通过步进电机移动或通过干涉仪控制反射棱镜移动距离，从而精确控制入射角度。
当角度调制与波长调制SPR共用系统单独进行波长调制时，使反射棱镜固定，光源输出的光为宽带光源，接收器为光谱仪，本发明采用反射棱镜的透射光作为实时的参考光谱，用于反射率归一化，从而获得反射率与入射波长之间的对应关系，在进行反射率归一化处理时，可以很好地消除光源不稳定的影响，提高测量准确度和灵敏度。
当角度调制与波长调制SPR共用系统同时进行角度调制和波长调制时，光源发出的光为宽带光，在步进电机的带动下使反射棱镜在平面内左右移动，从而改变光入射到金膜表面时的入射角，将反射棱镜中的透射光作为实时的参考光谱，用于反射率归一化，获得反射率与入射波长之间的对应关系；在进行反射率归一化处理时，可以很好地消除光源不稳定的影响，提高测量准确度和灵敏度。
附图说明
图1为本发明所述的角度调制与波长调制SPR共用系统的原理示意图；附图标记9表示步进电机带动反射棱镜在平面内移动的方向。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的角度调制与波长调制SPR共用系统，它包括光源1、反射棱镜2、显微物镜3、载玻片4、金膜5、接收器6、反射镜7和光谱仪8；
步进电机用于带动反射棱镜2在平面内左右移动，所述的金膜5镀在载玻片4的一面，且金膜5与待测物接触，所述的显微物镜3通过折射率匹配液与载玻片4的另一面相耦合；所述的光源1输出的光入射至反射棱镜2的第一端面后，形成两束光，其中，第一束光为在反射棱镜2的第一端面形成的反射光，第二束光为在反射棱镜2的第一端面形成的透射光；
第一束光透过显微物镜3聚焦在载玻片4的一侧的金膜5上，且聚焦在金膜5上的入射光经金膜5全反射后，又透过显微物镜3入射至反射棱镜2的第二端面，经反射棱镜2的第二端面反射后入射至接收器6；
第二束光依次经过反射棱镜2的第二端面和第三端面反射后，从其第一端面透射后，入射至反射镜7，经反射镜7反射后入射至光谱仪8；
所述的反射棱镜2的第二端面和反射棱镜2的第三端面10镀有高反膜。
本实施方式中，角度调制与波长调制SPR共用系统可以实现角度调制、波长调制和角度与波长共同调制；
当角度调制与波长调制SPR共用系统进行角度调制时，在步进电机的带动下使反射棱镜2在平面内左右移动，从而改变光入射到金膜5表面时的入射角，而接收器6用于光强探测。
当角度调制与波长调制SPR共用系统单独进行波长调制时，使反射棱镜2保持固定，并采用反射棱镜2的透射光作为实时的参考光谱，用于反射率归一化，从而获得反射率与入射波长之间的对应关系，在进行反射率归一化处理时，可以很好地消除光源1不稳定的影响，提高测量准确度和灵敏度；
当角度调制与波长调制SPR共用系统同时进行角度调制和波长调制时，在步进电机的带动下使反射棱镜在平面内左右移动，从而改变光入射到金膜表面时的入射角，将反射棱镜中的透射光作为实时的参考光谱，用于反射率归一化，获得反射率与入射波长之间的对应关系。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，根据具体实施方式一所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，它的具体过程为，
步骤一、粗调：将光源1的出光口与接收器6的入光口相对设置；
步骤二、细调：通过调整接收器6的入光口与光源1的出光口相对位置，使接收器6接收到的光强达到最大，完成光路准直。
本实施方式中，保证在移除反射棱镜2时，光源1发出的光准直入射至接收器6。
具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的角度调制与波长调制SPR共用系统的区别在于，所述的光源1输出的光为单色光或为宽带光。
具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的角度调制与波长调制SPR共用系统的区别在于，所述的接收器6为探测器或为光谱仪。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的角度调制与波长调制SPR共用系统的区别在于，所述的显微物镜3为数值孔径大于1.25的显微物镜。
具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五所述的角度调制与波长调制SPR共用系统的区别在于，所述的光源1为输出单色光的激光器。

Claims (5)

1.角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，其特征在于，所述共用系统包括光源(1)、反射棱镜(2)、显微物镜(3)、载玻片(4)、金膜(5)、接收器(6)、反射镜(7)和光谱仪(8)；
步进电机用于带动反射棱镜(2)在平面内左右移动，所述的金膜(5)镀在载玻片(4)的一面，且金膜(5)与待测物接触，所述的显微物镜(3)通过折射率匹配液与载玻片(4)的另一面相耦合；所述的光源(1)输出的光入射至反射棱镜(2)的第一端面后，形成两束光，其中，第一束光为在反射棱镜(2)的第一端面形成的反射光，第二束光为在反射棱镜(2)的第一端面形成的透射光；
第一束光透过显微物镜(3)聚焦在载玻片(4)的一侧的金膜(5)上，且聚焦在金膜(5)上的入射光经金膜(5)全反射后，又透过显微物镜(3)入射至反射棱镜(2)的第二端面，经反射棱镜(2)的第二端面反射后入射至接收器(6)；
第二束光依次经过反射棱镜(2)的第二端面和第三端面反射后，从其第一端面透射后，入射至反射镜(7)，经反射镜(7)反射后入射至光谱仪(8)；
所述的反射棱镜(2)的第二端面和反射棱镜(2)的第三端面(10)镀有高反膜；
所述方法的具体过程为：
步骤一、粗调：将光源(1)的出光口与接收器(6)的入光口相对设置；
步骤二、细调：通过调整接收器(6)的入光口与光源(1)的出光口相对位置，使接收器(6)接收到的光强达到最大，完成光路准直。
2.根据权利要求1所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，其特征在于，所述的光源(1)输出的光为单色光或为宽带光。
3.根据权利要求2所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，其特征在于，所述的接收器(6)为探测器或为光谱仪。
4.根据权利要求1所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，其特征在于，所述的显微物镜(3)为数值孔径大于1.25的显微物镜。
5.根据权利要求4所述的角度调制与波长调制SPR共用系统中光源与接收器实现光路准直的方法，其特征在于，所述的光源(1)为输出单色光的激光器。
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