CN112858226A - 一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，包括依次设置的相干光束调节系统、分光计角度扫描系统和CCD信号采集系统，所述的分光计角度扫描系统包括平行光管、载物台、SPR核心元件和望远镜，其中，SPR核心元件置于载物台上，所述的相干光束调节系统与SPR核心元件之间设有平行光管，所述的望远镜位于SPR核心元件的出射光路上，望远镜的另一端设有CCD信号采集系统；所述的CCD信号采集系统包括CCD和计算机，所述CCD的一端设有望远镜，另一端与计算机连接。本发明采用分光计进行角度扫描，结构简单、便于操作，引入的CCD成像装置实现了对SPR核心元件上所发生的表面等离子体共振现象高速、高效和直观地动态成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体共振测量装置，尤其涉及一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置。
背景技术
表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance)是指由于电磁波与特殊光学结构中金属自由电子的相互作用所发生的一种共振吸收现象，所吸收的能量以表面波的形式存在。由于SPR共振现象对外部条件(特别是角度)的变化非常灵敏，因此，SPR传感器在生物、化学检测等领域有着非常广泛的应用。
分光计是通过测量光束的偏转角度来测量各种光学参量的仪器。传统的分光计需要工作在黑暗环境下，在使用过程中使用者需要长时间不间断的盯着目镜观察，容易造成人眼视觉疲劳，因此，将CCD等光电器件代替人眼观察目镜视场是对分光计系统的改进。CCD是一种将光信号转换为电信号的探测元件，具有响应波谱范围宽、体积小、系统噪声低等一系列优点，广泛应用于图像的获取、存储、传输和处理。
现有的实验装置是在分光计的基础上利用硅光电池放大电路作为检测元件的表面等离子体共振传感器。该装置虽然可以通过反射率的变化测量不同电解质溶液对应的表面等离子体共振角度，但是无法直接观测表面等离子体共振现象。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种结构简单、便于操作且动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置。
技术方案：本发明包括依次设置的相干光束调节系统、分光计角度扫描系统和CCD信号采集系统，所述的分光计角度扫描系统包括平行光管、载物台、SPR核心元件和望远镜，其中，SPR核心元件置于载物台上，所述的相干光束调节系统与SPR核心元件之间设有平行光管，所述的望远镜位于SPR核心元件的出射光路上，望远镜的另一端设有CCD信号采集系统。
所述的CCD信号采集系统包括CCD和计算机，所述CCD的一端设有望远镜，另一端与计算机连接，用计算机记录CCD获得的图像。
所述的SPR核心元件放置在载物台上关于中心刻线对称的位置。
所述的SPR核心元件采用直角三棱镜结构，其直角正对的平面为镀金膜面。
所述的金膜厚度在50～100nm之间。
所述的SPR核心元件采用光学玻璃材质。
所述的相干光束调节系统包括依次设置的相干光源、滤波片和偏振片，所述的偏振片与SPR核心元件之间设有平行光管。
所述的望远镜接收SPR核心元件反射或透射的光。
有益效果：本发明采用分光计进行角度扫描，结构简单、便于操作，引入的CCD成像装置实现了对SPR核心元件上所发生的表面等离子体共振现象高速、高效和直观地动态成像。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的SPR核心元件中的光路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括相干光束调节系统、分光计角度扫描系统和CCD信号采集系统，相干光束调节系统包括依次设置的相干光源1、滤波片2和偏振片3，其中，相干光源1为输出波长632.8nm的He-Ne激光器，滤波片2和偏振片3分别调节相干光束的强度和偏振方向；分光计角度扫描系统包括平行光管4、载物台5、SPR核心元件6和望远镜7，其中，SPR核心元件6置于载物台5上，偏振片3与SPR核心元件6之间设有平行光管4，望远镜7位于SPR核心元件6的出射光路上，望远镜7可以接收被SPR核心元件6反射或透射的光；CCD信号采集系统包括CCD8和计算机9，CCD8的焦距和光圈大小可调，可对望远镜7目镜视场进行清晰成像，CCD8的一端设有望远镜7，另一端与计算机9连接，用计算机9记录CCD8获得的图像。相干光源1发出的光束经过滤波片2和偏振片3后成为强度适中的线偏振光束，该光束经过平行光管4扩束成为平行光束后，照射在SPR核心元件6上并与其相互作用，所反射的光束可被望远镜7物镜汇聚在物镜焦平面上，并成像在目镜视场内。通过旋转载物台5改变入射角度以及相应地旋转望远镜7(CCD8随着望远镜7同步旋转)接收反射光并用CCD8记录反射光的强度变化。若在某个角度附近，反射光的强度大幅度衰减，即表明入射光成功在SPR核心元件6上激发了表面等离子体，这时，可以在计算机9上观察到平行光管4狭缝像的亮度要远低于其他角位置。
如图2所示，SPR核心元件6是在平面s3上镀金膜的直角三棱镜结构，其材质为K9光学玻璃，金膜厚度在50～100nm之间。SPR核心元件6放置在载物台5上关于中心刻线对称的位置。
实施例
本实施例包括相干光束调节系统、分光计角度扫描系统和CCD信号采集系统，相干光束调节系统包括依次设置的相干光源1、滤波片2和偏振片3；分光计角度扫描系统包括平行光管4、载物台5、SPR核心元件6和望远镜7；CCD信号采集系统包括CCD8和计算机9。相干光源1发出的光束经过滤波片2和偏振片3后进入平行光管4，由平行光管4发出的光线l1在SPR核心元件6的s1面上发生折射进入光学玻璃，折射光线l2在金模与玻璃的界面发生反射，所反射的光线l3在s2面发生折射返回空气中传播，出射光线l4可被望远镜7物镜接收。利用分光计可以记录入射光线l1与出射光线l4的角位置θ1和θ2，它们之间的夹角为θ12＝|θ1-θ2|，根据结构的对称性，并应用斯涅耳折射定律，经过简单的计算就可以得到光线在金膜和光学玻璃界面上的入射和反射角度
因此，若要得到在SPR核心元件6上激发的表面等离子体的共振角度
只需要记录当计算机9上观测到表面等离子体共振现象发生时入射光线l1与出射光线l4的角位置。
Claims (8)
1.一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，包括依次设置的相干光束调节系统、分光计角度扫描系统和CCD信号采集系统，所述的分光计角度扫描系统包括平行光管(4)、载物台(5)、SPR核心元件(6)和望远镜(7)，其中，SPR核心元件(6)置于载物台(5)上，所述的相干光束调节系统与SPR核心元件(6)之间设有平行光管(4)，所述的望远镜(7)位于SPR核心元件(6)的出射光路上，望远镜(7)的另一端设有CCD信号采集系统。
2.根据权利要求1所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的CCD信号采集系统包括CCD(8)和计算机(9)，所述CCD(8)的一端设有望远镜(7)，另一端与计算机(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的SPR核心元件(6)放置在载物台(5)上关于中心刻线对称的位置。
4.根据权利要求1或3所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的SPR核心元件(6)采用直角三棱镜结构，其直角正对的平面为镀金膜面。
5.根据权利要求4所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的金膜厚度在50～100nm之间。
6.根据权利要求4所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的SPR核心元件(6)采用光学玻璃材质。
7.根据权利要求1所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的相干光束调节系统包括依次设置的相干光源(1)、滤波片(2)和偏振片(3)，所述的偏振片(3)与SPR核心元件(6)之间设有平行光管(4)。
8.根据权利要求1所述的一种动态可视的分光计表面等离子体共振测量装置，其特征在于，所述的望远镜(7)接收SPR核心元件(6)反射或透射的光。
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| CN1629618A (zh) * | 2003-12-16 | 2005-06-22 | 中国科学院化学研究所 | 多功能光激发表面等离子体共振成像仪 |
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