CN113933266B - 传感元件及传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感元件。所述传感元件包括衬底、设于所述衬底上的过渡金属硫族化合物层、至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层上的绝缘的介质膜、及部分覆盖于所述介质膜上的金属纳米结构。所述金属纳米结构的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层的激子的中心频率相同或相近，所述介质膜的厚度为1nm～100nm。本发明还提供一种应用该传感元件的传感器。本发明应用该传感元件的传感器具有灵敏度高、空间分辨率高、及响应速度快的优点。

Description

传感元件及传感器
技术领域
本发明涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种传感元件，和应用该传感元件的传感器。
背景技术
金属纳米结构的消光谱极易受到环境折射率的影响。基于局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR)的传感器，在宏观上观测消光谱或者暗场散射光谱的共振峰位变化(输出量/反馈量)，即可即时地检测出纳米尺度下的环境折射率的变化(输入量/目标量)。进一步，利用光学模式耦合产生的拉比劈裂可提高传感灵敏度，耦合现象在物理学上指两个或多个体系或模式之间通过相互作用而彼此影响。由于金属纳米结构的局域场增强作用，使得微纳尺度的光学模式能够高效耦合，从而产生出许多新奇的物理现象。此前，基于两个全同纳米结构的耦合作用的魔鬼点(Diabolic Points，DP)的传感输入与输出之间成线型关系，一定程度上提高了传感性能，使得该LSPR传感器具有灵敏度高、及响应速度快等优点，受到了研究者的广泛关注。
然而，近年兴起的光学非厄米物理为基于模式耦合的LSPR传感器开辟了新方向，特别是基于两个及以上的模式耦合体系的奇异点(Exceptional points，EPs)现象，为基于模式耦合的LSPR传感器带来了新机遇。在耦合模式奇异点处，损耗速率及共振频率出现双重简并，耦合体系受到的微扰在一阶近似下与体系复本征值的变化量成平方根关系。极其微小的扰动就能够带来极大的传感增强，远优于线性响应关系，而且相对于单峰移动，双峰谱线移动更易监测到外界环境的改变。因此，现有的传感器的灵敏度、空间分辨率、及响应速度还有待进一步的提高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种传感元件，旨在提高应用该传感元件的传感器的灵敏度、空间分辨率、及响应速度。
为解决上述技术问题，本发明提供的传感元件包括：
衬底；
过渡金属硫族化合物层，设于所述衬底上；
绝缘的介质膜，至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层上，所述介质膜的厚度为1nm～100nm；及
金属纳米结构，部分覆盖于所述介质膜上，其中，所述金属纳米结构的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层的激子中心频率之间的差的绝对值为0～1THz。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层的材质为二硫化钨、二硫化钼、二硒化钨、及硒化钼中的至少一种；和/或
所述过渡金属硫族化合物层为单层。
在一些实施例中，所述介质膜的材质为聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚环己基乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氧化锌、氧化镉、铟锡氧化物、氧化锆、及氧化锡中的至少一种。
在一些实施例中，所述金属纳米结构中的金属为金、银、铜、铝；和/或
所述金属纳米结构中含有金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的形状为球形、棒形、立方体形、或圆盘状；和/或
所述金属纳米结构的厚度范围为10nm～80nm。
在一些实施例中，所述衬底的材质为二氧化硅、氧化铟锡、或含氧化层的硅片。
本发明还提供一种传感器，包括所述传感元件和光学装置，所述光学装置包括：
光源；
光学组件；及
光谱仪；
所述光学组件汇聚所述光源发出的光并将汇聚光导引至所述传感元件，所述传感元件接收汇聚光后输出散射光信号至光学组件，所述光学组件传递散射光信号至光谱仪，所述光谱仪接收散射光信号后生成光谱信号。
在一些实施例中，所述光学组件包括反射镜、第一聚焦透镜、及第二聚焦透镜，所述反射镜将光源发出的光反射至所述第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜汇聚反射镜反射的光并导引至所述传感元件，所述传感元件输出的散射光信号经第一聚焦透镜和反射镜传递至所述第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜汇聚后传递至光谱仪。
在一些实施例中，所述反射镜与光源和传感元件均呈夹角相对设置，所述第一聚焦透镜与所述反射镜呈夹角相对设置，所述第二聚焦透镜与所述反射镜和第一聚焦透镜均呈夹角相对设置。
在一些实施例中，所述传感器还包括载体，所述传感元件位于所述载体上。
在一些实施例中，所述第一聚焦透镜汇聚导引至所述传感元件上的光斑的大小为1～3平方微米；和/或，所述光源为白光光源。
本发明技术方案的传感元件包括衬底、设于所述衬底上的过渡金属硫族化合物层、至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层上的介质膜、及部分覆盖于所述介质膜上的金属纳米结构。所述金属纳米结构具有很强的局域场效应，可形成低品质因子的光学微腔，所述过渡金属硫族化合物层拥有很强的电偶极矩激子，且所述金属纳米结构的表面等离激元模式频率与过渡金属硫族化合物层的激子频率相同，使得所述金属纳米结构和所述过渡金属硫族化合物层极易发生较强的耦合，产生拉比劈裂，使得所述金属纳米结构的消光谱或散射光谱从单洛伦兹峰变为双洛伦兹峰，这使得应用该传感元件的传感器具有较高的灵敏度、及较稳定的信号。所述介质膜可用于调节耦合强度并防止电子转移，所述介质膜的厚度为1nm～100nm，该厚度范围下的介质膜可使所述金属纳米结构的表面等离激元与过渡金属硫族化合物层的激子发生奇异点临界耦合，在奇异点处，耦合模式的损耗速率和共振频率出现双重简并，而且耦合体系受到的微扰在一阶近似下与体系复本征值差值的变化量成平方根关系，因而极其微小的扰动就能够带来极大的传感增强，远优于线性响应关系，而且相对于单峰移动，双峰谱线移动更易直接观测到外界环境的改变。因此，应用该传感元件的传感器还具有空间分辨率高和响应速度快的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的传感元件的主视图。
图2为图1所示的传感元件的侧视图。
图3为图1所示的传感元件的俯视图。
图4为本发明一实施例的传感器的示意图。
图5为本发明对比例一的传感器在不同环境折射率(分别为1、1.01、及1.02)下的散射光谱。
图6为本发明实施例一的传感器在不同环境折射率(分别为1、1.01、及1.02)下的散射光谱。
图7为本发明实施例一和对比例一的传感器在不同环境折射率下的光谱双峰共振频率差值的曲线图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 传感元件 21 光源
10 衬底 22 载体
30 过渡金属硫族化合物层 23 反射镜
50 介质膜 25 第一聚焦透镜
70 金属纳米结构 27 第二聚焦透镜
200 传感器 29 光谱仪
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种传感元件100。
参图1至3，所述传感元件100包括：
衬底10；
过渡金属硫族化合物层30，设于所述衬底10上；
绝缘的介质膜50，至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层30上；及
金属纳米结构70，部分覆盖于所述介质膜50上，其中，所述金属纳米结构70的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层30的激子中心频率相同或相近，优选两者之间的差的绝对值为0～1THz；所述介质膜50的厚度为1nm～100nm，优选3nm～30nm。
在一些实施例中，所述衬底为光学低损耗介质。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30的材质为二硫化钨、二硫化钼、二硒化钨、及硒化钼中的至少一种。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30为单层。所述单层的过渡金属硫族化合物具有极强的电偶极矩激子。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30的厚度为0.5nm～2nm。例如，所述过渡金属硫族化合物层30的厚度为0.5nm、1nm、1.5nm、或2nm。
在一些实施例中，所述衬底10为透明的二氧化硅、透明的氧化铟锡、或含氧化层的不透明硅片。
在一些实施例中，所述绝缘的介质膜50的材质为高透明绝缘材料，高透明氧化物、或高透明高分子材料。具体的，所述介质膜50的材质为聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚环己基乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氧化锌、氧化镉、铟锡氧化物、氧化锆、及氧化锡中的至少一种。
所述介质膜50的厚度为1nm、3nm、5nm、10nm、20nm、30nm、50nm、或100nm。
可以理解的，该厚度的介质膜50用于使所述金属纳米结构70的表面等离激元共振频率与过渡金属硫族化合物层30的激子中心频率之间的失谐接近零，发生奇异点临界耦合。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70中的金属为金、银、铜、铝。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70含有金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的形状为球形、棒形、立方体形、或圆盘状。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70的厚度范围为10nm～80nm。例如，所述金属纳米结构70的厚度为10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、或80nm。
本发明技术方案的传感元件100包括衬底10、设于所述衬底10上的过渡金属硫族化合物层30、至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层30上的绝缘的介质膜50、及部分覆盖于所述介质膜50上的金属纳米结构70。所述金属纳米结构70具有很强的局域场效应，可形成低品质因子的光学微腔，所述过渡金属硫族化合物层30拥有很强的电偶极矩激子，且所述金属纳米结构70的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层30的激子中心频率相同或相近，使得所述金属纳米结构70和所述过渡金属硫族化合物层30极易发生较强的耦合，产生拉比劈裂，使得所述金属纳米结构70的消光谱或散射光谱从单洛伦兹峰变为双洛伦兹峰，这使得应用该传感元件100的传感器200具有较高的灵敏度、及较稳定的信号。所述介质膜50可用于调节耦合强度并防止电子转移，所述介质膜50的厚度为1nm～100nm，该厚度范围下的介质膜50可使所述金属纳米结构70的表面等离激元与过渡金属硫族化合物层30的激子发生奇异点临界耦合，在奇异点处，耦合模式的损耗速率和共振频率出现双重简并，而且耦合体系受到的微扰在一阶近似下与体系复本征值差值的变化量成平方根关系，因而极其微小的扰动就能够带来极大的传感增强，远优于线性响应关系，而且相对于单峰移动，双峰谱线移动更易直接观测到外界环境的改变。因此，应用该传感元件100的传感器200还具有空间分辨率高和响应速度快的优点。
本发明提供一种上述传感元件100的制备方法。
所述制备方法包括以下步骤：
提供衬底10；
于所述衬底10上沉积过渡金属硫族化合物层30；
于所述过渡金属硫族化合物层30的至少部分区域沉积绝缘的介质膜50；及
于所述介质膜50的部分区域镀覆金属纳米结构70，得到所述传感元件100，其中，所述金属纳米结构70的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层30的激子中心频率相同或相近，所述介质膜50的厚度为1nm～100nm。
在一些实施例中，所述衬底为光学低损耗介质。
在一些实施例中，可采用化学气相沉积技术于所述衬底10上沉积过渡金属硫族化合物层30。所述化学气相沉积技术为本领域常见的技术手段，在此不再赘述。
在一些实施例中，可采用化学气相沉积或原子层沉积技术于所述过渡金属硫族化合物层30的至少部分区域沉积介质膜50。所述化学气相沉积技术和原子层沉积技术为本领域常见的技术手段，在此不再赘述。
在一些实施例中，可通过物理制膜技术(如电子束蒸镀、磁控溅射、脉冲激光沉积等)于所述介质膜50的部分区域镀覆金属纳米结构70。所述物理制膜技术为本领域常见的技术手段，在此不再赘述。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30的材质为二硫化钨、二硫化钼、二硒化钨、及硒化钼中的至少一种。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30为单层。所述单层的过渡金属硫族化合物具有极强的电偶极矩激子。
在一些实施例中，所述过渡金属硫族化合物层30的厚度为0.5nm～2nm。例如，所述过渡金属硫族化合物层30的厚度为0.5nm、1nm、1.5nm、或2nm。
在一些实施例中，所述衬底10为透明的二氧化硅、透明的氧化铟锡、或含氧化层的不透明硅片。
在一些实施例中，所述介质膜50的材质为高透明绝缘材料，高透明氧化物、或高透明高分子材料。具体的，所述介质膜50的材质为聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚环己基乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氧化锌、氧化镉、铟锡氧化物、氧化锆、及氧化锡中的至少一种。
所述介质膜50的厚度为1nm、3nm、5nm、10nm、20nm、30nm、50nm、或100nm。
可以理解的，该厚度的介质膜50用于使所述金属纳米结构70的表面等离激元共振频率与过渡金属硫族化合物层30的激子中心频率之间的失谐接近零，发生奇异点临界耦合。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70中的金属为金、银、铜、铝。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70中含有金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的形状为球形、棒形、立方体形、或圆盘状。
在一些实施例中，所述金属纳米结构70的厚度范围为10nm～80nm。例如，所述金属纳米结构70的厚度为10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、或80nm。
本发明技术方案中，制备所述过渡金属硫族化合物层30、介质膜50、及金属纳米结构70的技术均为本领域常见且简易的技术，且所述过渡金属硫族化合物层30、介质膜50、及金属纳米结构70的原料均不昂贵，使得本发明的传感元件100的制备方法具有易制备和成本低的优点。
本发明还提供一种传感器200，可用于生物蛋白检测领域。
所述传感器200包括上述的传感元件100和光学装置。所述光学装置包括光源，光学组件，及光谱仪。所述光学组件汇聚所述光源发出的光并将汇聚光导引至所述传感元件，所述传感元件接收汇聚光后输出散射光信号至光学组件，所述光学组件传递散射光信号至光谱仪，所述光谱仪接收散射光信号后生成光谱信号。
在一些实施例中，所述传感器200还包括载体22，用于放置所述传感元件100。
具体地，请参见图4，所述光学装置包括：
光源21；
光学组件；及
光谱仪29；
所述光学组件汇聚所述光源21发出的光并将汇聚光导引至所述传感元件100，所述传感元件100接收汇聚光后输出散射光信号至光学组件，所述光学组件传递散射光信号至光谱仪29，所述光谱仪29接收散射光信号后生成光谱信号。
在一些实施例中，所述光学装置采用正置散射光谱测量系统。
在一些实施例中，所述光源21可为白光光源。
在一些实施例中，所述光学组件包括与所述光源21和传感元件100均呈夹角相对设置的反射镜23、与所述反射镜23呈夹角相对设置的第一聚焦透镜25、及与所述反射镜23和第一聚焦透镜25均呈夹角相对设置的第二聚焦透镜27，所述第一聚焦透镜25与传感元件100相对设置，所述第二聚焦透镜27与光谱仪29相对设置。
在一些实施例中，所述光源21经过反射镜23及第一聚焦透镜汇聚到传感元件100上的光斑的大小约为1～3平方微米。
在一些实施例中，所述反射镜23与光源21和传感元件100之间的夹角均为45°。
在一些实施例中，所述第一聚焦透镜25与反射镜23之间的夹角为45°。
在一些实施例中，所述第二聚焦透镜27与反射镜23和第一聚焦透镜25之间的夹角均为45°。
所述传感器200工作时，所述光源21发出的光经过反射镜23反射至第一聚焦透镜25，由第一聚焦透镜25汇聚，斜入射到传感元件100，从所述传感元件100散射的光向外辐射，经过第一聚焦透镜25和反射镜23后，斜入射到第二聚焦透镜27，经过第二聚焦透镜27汇聚后进入光谱仪29。所述光谱仪29扣除背景信号后，即可以获取当前环境下的双洛伦兹线型的散射光谱信号。通过双洛伦兹线型拟合得到耦合后的等离激元及激子共振频率和损耗速率信息，再结合已知的敏感因子，得到环境折射率。
在一些实施例中，所述敏感因子的获取包括以下步骤：
将所述传感元件100放在折射率已知的空气中，其中，空气的折射率定义为n1；
测量所述传感元件100于空气中的散射光谱，并且获取共振双峰频率差值δf1和损耗速率差值δγ1；
根据以下公式，计算第一复本征值差值ΔE1：
Figure BDA0003381806590000101
将所述传感元件100放入折射率已知的第一标准溶液中，其中，所述第一标准溶液的折射率定义为n2；
测量所述传感元件100于第一标准溶液中的散射光谱，并且获取共振双峰频率差值δf2和损耗速率差值δγ2；
根据以下公式，计算第二复本征值差值ΔE2：
Figure BDA0003381806590000111
及
通过以下公式计算敏感因子m：
ΔE1-ΔE2＝m×(n1-n2)
在一些实施例中，所述敏感因子的使用步骤包括以下步骤：
将传感元件100放于折射率未知的溶液中，其中，所述折射率未知溶液的折射率定义为n；
测量所述传感元件100于折射率未知溶液中的散射光谱，并且获取共振双峰频率差值δf和损耗速率差值δγ；
根据以下公式，计算第三复本征值差值ΔE：
Figure BDA0003381806590000112
及
根据以下公式，计算折射率未知溶液的折射率：
Figure BDA0003381806590000113
由于该传感器200采用了上述传感元件100所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述传感元件100实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面通过具体的实施例来对本申请进行具体说明。
实施例一
提供二氧化硅衬底；
采用化学气相沉积技术，于所述二氧化硅衬底(折射率为1.456)上沉积厚度为1nm的二硒化钨层；
采用原子层沉积技术，于所述二硒化钨层上沉积厚度为20nm的二氧化铪层；
采用湿法转移技术，于所述二氧化铪层的部分区域顶部转移厚度为3nm的金纳米颗粒层，所述金纳米颗粒层中的金纳米颗粒的长轴为93.6nm，短轴为30nm，得到实施例一的传感元件；及
提供光学装置，并将所述光学装置和实施例一的传感元件组装为实施例一的传感器。
对比例一
提供二氧化硅衬底；
采用原子层沉积技术，于所述二氧化硅衬底上沉积厚度为20nm的二氧化铪层；及
采用湿法转移技术，于所述二氧化铪层的部分区域顶部转移厚度为3nm的金纳米颗粒层，所述金纳米颗粒层中的金纳米颗粒的长轴为93.6nm，短轴为30nm，得到对比例一的传感元件；
提供光学装置，并将所述光学装置和对比例一的传感元件组装为对比例一的传感器。
使用有限时域差分的方法对实施例一的传感器进行数值模拟实验。使用全场散射光源来激发金纳米棒，通过面监测器计算接收到的散射光谱的散射能流，从而得到散射截面。利用双洛伦兹线型对散射光谱进行拟合，对得到的双峰共振频率做差并取绝对值，即共振双峰频率差值，将双峰分别对应的损耗速率做差并取绝对值，即双峰损耗速率差值。
使用时域有限差分的方法对对比例一的传感器进行数值模拟实验。使用全场散射光源来激发金纳米棒，通过面监测器计算接收到的散射光谱的散射能流，从而得到散射截面。利用洛伦兹拟合对散射光谱进行拟合，得到单个共振峰的共振频率和损耗速率，将不同折射率下的共振频率和损耗速率减去空气中的共振频率和损耗速率，即共振频率差值和损耗速率差值。
请参阅图5至图7，相对于对比例一的传感器，实施例一的传感器在极小微扰处具有更强的传感性能(图7中奇异点传感器对应实施例一的传感器)。这表明，实施例一的传感器具有灵敏度高、空间分辨率高、及响应速度快的优点。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种传感元件，其特征在于，所述传感元件包括：
衬底；
过渡金属硫族化合物层，设于所述衬底上，所述过渡金属硫族化合物层为二硒化钨层；
绝缘的介质膜，至少部分覆盖于所述过渡金属硫族化合物层上，所述介质膜的厚度为1nm～100nm，所述介质膜为二氧化铪层；及
金属纳米结构，部分覆盖于所述介质膜上，所述金属纳米结构的厚度范围为10nm～80nm，其中，所述金属纳米结构的表面等离激元模式共振频率与过渡金属硫族化合物层的激子中心频率之间的差的绝对值为0～1THz。
2.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物层为单层。
3.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述金属纳米结构中的金属为金、银、铜、铝；和/或
所述金属纳米结构中含有金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的形状为球形、棒形、立方体形、或圆盘状。
4.根据权利要求1-3任一项所述的传感元件，其特征在于，所述衬底的材质为二氧化硅、氧化铟锡、或含氧化层的硅片。
5.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括光学装置，以及如权利要求1至4任一项所述的传感元件，所述光学装置包括：
光源；
光学组件；及
光谱仪；
所述光学组件汇聚所述光源发出的光并将汇聚光导引至所述传感元件，所述传感元件接收汇聚光后输出散射光信号至光学组件，所述光学组件传递散射光信号至光谱仪，所述光谱仪接收散射光信号后生成光谱信号。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述光学组件包括反射镜、第一聚焦透镜、及第二聚焦透镜，所述反射镜将光源发出的光反射至所述第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜汇聚反射镜反射的光并导引至所述传感元件，所述传感元件输出的散射光信号经第一聚焦透镜和反射镜传递至所述第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜汇聚后传递至光谱仪。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述反射镜与光源和传感元件均呈夹角相对设置，所述第一聚焦透镜与所述反射镜呈夹角相对设置，所述第二聚焦透镜与所述反射镜和第一聚焦透镜均呈夹角相对设置。
8.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，还包括载体，所述传感元件位于所述载体上。
9.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第一聚焦透镜汇聚导引至所述传感元件上的光斑的大小为1～3平方微米；和/或，所述光源为白光光源。
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