CN117470777A - 光学传感器、检测方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学传感器，包括光源单元、传感单元、参考单元和检测单元。光源单元发射的一路探测光束被传输到传感单元，在传感单元中与目标样本发生相互作用后被检测单元接收。光源单元发射的一路参考光束被传输到参考单元，经参考单元被检测单元接收。检测单元，将探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得目标样本的特性。本发明通过对双光路光程差调控，结合相位调制方法，实现多个相位传感位点对基于透射、散射、反射、表面等离子体共振等模式下的样本特性的高灵敏、宽动态检测范围的检测。

Description

光学传感器、检测方法及用途
技术领域
本发明属于光学传感技术领域，特别涉及一种光学传感器、检测方法及用途。
背景技术
医学生物传感和生物标记物检测，目前在医疗健康领域发挥着至关重要的作用，可帮助实现早期疾病诊断、个性化医疗、治疗与健康监测。利用生物传感技术快速与高灵敏的识别和检测生物标记物，可为疾病诊断和治疗提供重要的生物分析信息，有望推动医学诊疗领域的快速发展。
生物传感器的灵敏度、响应速度、检测成本是影响其在医学生物应用的关键因素。其中，利用光子与光信号对特定生物或化学物质分析的光学生物传感器，由于其灵敏度高和实时检测能力的优势，在医学和药物研发等各个领域都受到了广泛关注。而要实现光学传感器的高灵敏度，通常需要通过对光信号进行精准的调控和分析检测。例如，通过对光学相位的调制，可实现的灵敏度，相较光强调制方法会有两个数量级的提升。
发明内容
本公开实施例之一，一种基于相位调制的宽光谱干涉与多传感位点光学传感器，用于传感检测目标样本的特性。该光学传感器，包括光源单元、传感单元、参考单元和检测单元。在这里，样本与样品，具有同样的含义。
所述光源单元发出的一路探测光信号被传输到所述传感单元，经所述传感单元被所述检测单元接收，探测光信号在所述传感单元中与目标样本发生相互作用后被所述检测单元接收。
所述光源单元发出的另一路参考光信号被传输到所述参考单元，经所述参考单元被所述检测单元接收。
所述光源单元包括沿着光路依次设置的光源、第一光波导、第一准直透镜组、分光组件和反射镜。
所述检测单元包括依照接收光路设置第二准直透镜组和第二光波导、第三准直透镜组和第三光波导、以及第二光波导、第三光波导分别接入的光谱分析单元。所述检测单元，将所述探测光束和参考光束重新组合叠加后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得目标样本的特性。
所述传感单元包括沿着光路依次设置的第一前置线偏振片、第一双折射晶体、样品传感单元和第一后置线偏振片。
所述参考单元包括沿着光路依次设置的第二前置线偏振片、第二双折射晶体、第二后置线偏振片。
第一双折射晶体的光程差为L1，第二双折射晶体的光程差为L2，且L2≠L1，差值ΔL＝|L1-L2|，
通过调制ΔL，构建所述光学传感器一个或多个传感检测位点。
本公开实施例，基于光学干涉与生物传感技术，提供一种双光路光程差调控光谱干涉的光学传感器，基于双光路耦合的宽光谱多位点干涉，通过对两条光谱干涉光路中光程差的精准调控，并结合相位调制方法，可实现对相位传感波段和波长位置的自主设计和调控，并利用多个相位传感位点对基于透射、散射、反射、表面等离子体共振等模式下的光与物质相互作用进行高灵敏、宽动态检测范围的实时传感。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1根据本公开实施例之一的光学传感器组成示意图。
图2根据本公开实施例之一的光源与分光单元的组成示意图。
图3根据本公开实施例之一的光学干涉传感单元的组成示意图。
图4根据本公开实施例之一的光学干涉参考单元的组成示意图。
图5根据本公开实施例之一的光学检测系统单元的组成示意图。
图6根据本公开实施例之一的生物光学传感检测方法示意图。
图7根据本公开实施例之一的生物光学传感检测方法示意图。
图8根据本公开实施例之一的生物光学传感检测方法示意图。
图9根据本公开实施例之一的生物光学传感检测示例图。
图10根据本公开实施例之一的生物光学传感检测示例图。
图11根据本公开实施例之一的生物光学传感检测示例图。
图12根据本公开实施例之一的光学传感器组成示意图。
其中，
100——光源与分光单元，
101——宽带光源，102——第一光纤，103——第一准直透镜组，104——分光组件，105——反射镜，
200——光学干涉传感单元，
201——第一前置线偏振片，202——第一双折射晶体，203——可替换传感检测单元，
203a——反射式传感单元，203b——透射式传感单元，203c——透射扫描式传感单元，
204——第一后置线偏振片，
300——光学干涉参考单元，
301——第二前置线偏振片，302——第二双折射晶体，303——第二后置线偏振片，
400——光学检测系统单元，
401——第二准直透镜组，402——第二光纤，403——第三准直透镜组，404——第三光纤，405——光谱分析单元。
具体实施方式
基于相位调制的光学传感系统，具有灵敏度高、抗干扰能力强等诸多优点，广泛应用于生物医学检测等领域。已知，通过法布罗茨干涉技术、共光路光谱干涉技术等方法可实现空间光与光谱的光学干涉。其中，
法布里-珀罗干涉技术具有高灵敏度、无标记传感检测能力和实时监测的突出能力。然而该方法对温度、湿度和机械振动等环境条件的变化高度敏感，在传感过程中产生噪声，影响传感器测量的准确性和可靠性。此外法布里-珀罗干涉技术需要对光学元件进行精确对准，对准问题会影响传感器的性能，从而导致灵敏度降低或测量结果不可靠。
而共光路光谱干涉技术，主要依赖光学晶体的光程差调控和等离激元材料的相位突变实现高灵敏相位传感，虽然其在环境因素的敏感性和光学系统的复杂性方面具有明显改善提升，但共光路光谱干涉技术需要依赖表面等离子体共振材料在特定波长、特定偏振态下产生的相位奇变实现生物传感，这对于光学传感材料的选择、加工制备可重复性要求较高。
此外，包括法布里-珀罗干涉和共光路光谱干涉的光学干涉传感技术的复用能力有限，即在使用单个生物传感器同时对光信号进行多通道复用检测能力较低，无法有效提取多种光学信息或进行多种分析物传感。
上述这些技术的局限性，限制了干涉传感技术在生物医学检测等领域的广泛应用。因此，本公开的目的是，提供一种灵敏度高、抗干扰能力强、具有光学复用检测能力的光学相位传感检测方法和传感器，以克服现有光学相位调制生物传感方法复杂，且对光学传感介质要求较高的缺陷，实现对一般生物传感过程的多模态、多方式的相位高灵敏光学传感，提升光学传感在生物医学等领域的应用。
根据一个或者多个实施例，如图12所示。一种基于双光路光程差调控光谱干涉传感器，包括：
光源与分光单元，配置为提供具有一定宽度的宽光谱光信号，作为传感与检测过程中的载波信号；
光学传感单元，配置为传感折射率变化、吸光度变化、及生物分子结合，通过宽光谱光束传感检测目标样品；
光学参考单元，配置为提供与光学传感单元光路中不同光谱干涉频率的光束信号；
光学检测系统单元，配置为提供光学传感与光学参考单元两种不同光束信号的光谱信号采集、叠加与光学相位分析计算。
其中，光源与分光单元包括：
配置为产生宽光谱光束的多色光源；
配置为传递光信号的第一光纤光波导元件；
配置为控制光信号准直输出的第一准直透镜组；
配置为分割产生两束同波段光信号的分光棱镜或分光镜；
配置为反射集中一路光信号反射镜组件，
在这里，光源、第一光纤、第一准直透镜组、分光组件和反射镜组件沿着光信号光路路径设置。在这里，第一光纤，或者说第一光波导并不是必须的，光信号也可以通过空间光的方式传输。
光学传感单元包括：
对宽光谱光束调制产生线偏振状态的第一前置线偏振片；
对线偏振光在o轴和e轴的光分量添加光程差的第一双折射晶体镜片；
配置为实现光与待检测物质相互作用的传感检测单元；
配置为分选不同偏振状态输出光信号的第一后置线偏振片，
在这里，第一前置线偏振片、第一双折射晶体、传感检测单元、第一后置线偏振片沿着光信号光路路径和方向依次设置。其中，传感检测单元可替换为不同形式，可以是反射式传感单元、透射式传感单元或者透射扫描式传感单元。
光学参考单元包括：
对宽光谱光束调制产生线偏振状态的第二前置线偏振片；
对线偏振光在o轴和e轴的光分量添加光程差的第二双折射晶体镜片；
配置为分选不同偏振状态输出光信号的第二后置线偏振片。
在这里，第二前置线偏振片、第二双折射晶体、第二后置线偏振片沿着光路路径和方向顺序设置。
光学检测系统单元包括：
对两束自由空间传播的传感光信号进行收集的第二、第三准直透镜组；
配置为传递所收集光信号的第二、第三光纤等光波导元件；
配置为接收与整合两路光纤光波导元件收集光信号的光谱分析单元。
在这里，第二准直透镜组、第二光纤沿着光路设置连接至光谱分析单元，第三准直透镜组、第三光纤沿着光路设置连接至光谱分析单元。
优选的，光学传感单元中，传感检测单元可为以下任一种或多种单元的组合：
基于准直光束平行入射待检测样本的平行光透射传感单元；
通过透镜调控准直光束聚焦入射待检测样本的聚焦光扫描透射传感单元；
配置棱镜以倾斜入射角将入射辐射光束耦合到电介质传感界面的全反射式传感单元；
配置棱镜以倾斜入射角将入射辐射光束耦合到表面等离子共振材料薄膜传感界面的表面等离子体共振传感单元；
耦合入射辐射光束到包含局域表面等离子共振纳米颗粒传感介质的局域表面等离子体共振传感单元。
其中，平行光透射传感单元还进一步包括比色皿、PDMS微流控等透明腔体容器。
聚焦光扫描透射传感单元进一步包括聚焦透镜、PDMS微流控样品腔和准直收光透镜组。表面等离子体共振传感单元和局域表面等离子体共振传感单元是等离激元传感单元的2种不同形式。上述的传感检测单元不同类型，可以根据需要进行组合使用，例如“反射式+等离激元传感”的组合，或“透射式+等离激元传感组合”，以针对不同检测样本介质的特点，并提高检测的精度。
全反射式传感单元进一步包括：
棱镜，用于将光束以倾斜入射角耦合至传感界面；
透明基底的非金属电介质传感层，用以与倾斜入射的光波相互作用，通过入射光电磁场感知界面物理、化学、生物学状态的变化；
其中非金属电介质传感层进一步包括可以产生消逝波、人工表面极化激元等光学近场的薄膜材料或微纳超材料结构界面；
微流控或流体腔，用以引入待检测的液体或气体样品与电介质传感层相互作用。
全反射式传感单元的入射光，在三棱镜的折射面入射过程中，由于和界面具有一定的夹角，在入射光的折射过程中，水平入射光将向三棱镜的上平面偏转。在入射角度超过全反射的临界角度时，由光密介质(高折射率介质)向光疏介质(低折射率介质)传播的光发生全反射现象，在这种情况下，光的能量会以电磁波的形式沿着透明基底的非金属电介质传感层传播，并在界面上产生消逝波。通过利用全反射产生的消逝波与传感样品中的目标物相互作用，可以实现对样品中发生的化学、生物或物理过程进行检测和分析。例如，在生物传感器中，将具有特定功能的生物分子固定在电介质传感层表面上，并通过检测消逝波与样品中目标分子结合后引起的共振现象来实现对目标分子的检测。全反射的光波将以载波的形式携带相位信息，从棱镜的另一折射面出射，最终被检测单元接收用以定量或定性分析。这里所述的特定功能的生物分子，是指可以和样本中待检测的生物分子相互作用的生物分子。例如可以是蛋白质抗体，基于蛋白质抗原抗体的特异相互作用，检测样本中的抗原；可以是单链的DNA序列，基于DNA或RNA的双链杂交，检测样本中的核酸序列；也可以是特定功能的蛋白酶，通过生物催化作用，与样本中的反应物反应实现检测目的。由于检测过程是对“特定功能生物分子”和“样本中的生物分子”相互作用的直接观测，因此需要将“特定功能生物分子”固定于传感器表面，实现高灵敏样本中生物分子”的检测。
表面等离子体共振传感单元进一步包括：
棱镜，用于将光束以倾斜入射角耦合至传感界面；
位于透明基底的表面等离子体共振金属薄膜传感层，用以与倾斜入射的光波相互作用，通过表面等离子体共振的电磁场感知界面物理、化学、生物学状态的变化；
其中表面等离子体共振金属薄膜传感层可进一步包括贵金属、过渡金属氮化物、金属氧化物等薄膜材料的一种或多种薄膜组合的多层传感层；
微流控或流体腔，用以引入待检测的液体或气体样品与金属薄膜层相互作用。
表面等离子体共振传感单元的入射光在三棱镜的折射面入射过程中，由于和界面具有一定的夹角，在入射光的折射过程中，水平入射光将向三棱镜的上平面偏转。在入射角度超过全反射的临界角度时，由光密介质(高折射率介质)向光疏介质(低折射率介质)传播的光发生全反射现象；在全反射界面放置包含表面等离子体共振金属薄膜的传感层，在这种情况下，全反射入射的光能会以电磁波的形式在金属薄膜传感层产生表面等离子体共振，并沿着金属薄膜传感层传播，在界面上产生基于表面等离子体共振增强的消逝波。通过利用全反射产生的表面等离子体共振与传感样品中的目标物相互作用，可以实现对样品中发生的化学、生物或物理过程进行检测和分析。例如，在生物传感器中，将具有特定功能的生物分子固定在金属传感层表面上，并通过检测表面等离子体共振与样品中目标分子结合后引起的共振现象来实现对目标分子的传感检测。全反射的光波将以载波的形式携带相位信息，从棱镜的另一折射面出射，最终被检测单元接收用以定量或定性分析。
局域表面等离子体共振传感单元进一步包括：
棱镜，用于将光束以倾斜入射角耦合至传感界面；
位于透明基底的金属纳米颗粒层，可基于局域表面等离子体共振原理实现传感与检测；
微流控或流体腔，用以引入待检测的液体或气体样品与金属纳米颗粒层相互作用。
局域表面等离子体共振传感单元的入射光在三棱镜的折射面入射过程中，由于和界面具有一定的夹角，在入射光的折射过程中，水平入射光将向三棱镜的上平面偏转。在入射角度超过全反射的临界角度时，由光密介质(高折射率介质)向光疏介质(低折射率介质)传播的光发生全反射现象；在全反射界面放置包含局域表面等离子体共振的金属纳米颗粒传感层，在这种情况下，全反射入射的光能会以电磁波的形式在金属纳米颗粒传感层产生局域表面等离子体共振，并通过纳米结构对于光致电磁进场的束缚作用，在金属纳米颗粒周围放大电磁场，从而在界面上产生基于局域表面等离子体共振增强的光学近场。通过利用全反射产生的局域表面等离子体共振与传感样品中的目标物质相互作用，可以实现对样品中发生的化学、生物或物理过程进行检测和分析。例如，在生物传感器中，将具有特定功能的生物分子固定在金属纳米颗粒表面上，并通过光与物质相互作用后引起的相位响应来实现对目标分子的检测。全反射的光波将以载波的形式携带相位信息，从棱镜的另一折射面出射，最终被检测单元接收用以定量或定性分析。
本公开实施例中，优选的，双折射光学晶体具有在不同取向可添加不同光程的透明光学介质。且分设于传感检测光路与传感参考光路中的两个光学晶体所添加的光程差具有一个非零的差值。即，第一双折射晶体的光程差为L1，第二双折射晶体的光程差为L2，且L2≠L1，差值ΔL＝|L1-L2|，ΔL不等于0。使得，双光路中的光信号经双折射光学晶体调制与光学检测系统接收叠加后，可产生一个或多个基于反相位波叠加生成的相位传感位点，用于传感与检测。
本公开实施例，在有限的波长范围内，利用两路光束中的双折射晶体，调制两路光束光程差的差值，构建一个至多个反相位传感位点。通过多个的相位传感位点的光学传感器，利用光学相位响应值的叠加实现传感检测灵敏度提升的方法；通过多个的相位传感位点的光学传感器，利用光学相位响应值的叠加实现传感检测动态检测范围拓宽的方法。
本公开实施例的原理，利用具有不同光程差的双折射晶体，分别在两条光路中构建具有不同周期与频率的光谱干涉信号。在双光路的叠加过程中可通过光学游标效应实现多个反相位的相位传感位点的构建。在传感过程中，检测光路当中的光强与相位变化可引起光谱当中的相位奇变点发生相位跃迁，从而实现高灵敏的传感功能。
根据本公开实施例的多位点相位传感方法，可在特定的光谱范围内构建多个具有敏感响应的相位传感位点。在相位数据处理过程当中，通过对每一传感位点附近的正弦波分别进行傅立叶变换，提取波长对应的周期相位，并计算实时相位响应数值。本公开实施例的检测系统组成简单，折射率的检测分辨率可高达6.344×10-8RIU、并通过多个共振传感点的配合拓宽传感系统的动态检测范围，实现更精准的定量生物传感功能。
本公开实施例的双光路光程差调控光谱干涉传感器与方法，用于检测、量化和/或表征目标样品的用途。
根据一个或者多个实施例，本公开提供一种双光路光程差调控光谱干涉方法，包括：
在光学系统前端连接宽光谱光源，用以提供光谱干涉的信号源与载波信号；
在光学系统中设计两路独立光学调制光路，分别为传感光路与参考光路；
传感光路中包含光源准直单元、线偏振片、双折射晶体、传感检测单元、线偏振片、光信号收集透镜组；
传感光路中双折射晶体C1的光程差为L1，用于产生传感光路中的干涉光谱；
传感检测单元为可替换模块，可用于进行平行光透射传感、聚焦光扫描透射传感、全反射式传感、表面等离子体共振传感、局域表面等离子体共振传感等功能；
参考光路中包含光源准直单元、线偏振片、双折射晶体、线偏振片、光信号收集透镜组；
参考光路中双折射晶体C2的光程差为L2，用于产生参考干涉光谱，且L2≠L1，ΔL＝|L1-L2|用于设计与调节叠加干涉光谱中的传感位点数量；
通过调节两个双折射晶体厚度，可实现光程差差值ΔL的准确调控，其中光程差差值越高，在特定光谱范围内产生的相位传感位点数量越多；
在光学系统后端连接光谱分析系统，用以接收、解析光谱干涉信号与相位响应值。
在光谱分析过程中，首先确定特定光谱范围内相位传感位点的数量以及一一对应的波长位置；其次根据波长位置选取一定宽度(如50nm)的相位分析窗口，在每一个分析窗口内对相应的相位传感位点进行计算，得到波长对应的相对响应数值。每一传感位点的相位响应数值可用于单独分析不同检测物质，亦可求和计算作为同一物体的高灵敏传感响应。
根据一个或者多个实施例，本公开提供一种在双光路光程差调控光谱干涉系统中实现透射式光学传感的方法，包括：
在光学系统传感光路中可设置基于准直光平行透射式的传感检测单元，用于实现待检测样本在光路中与入射光进行直接的相互作用；
待检测样本在光路中与入射光的相互作用包括但不限于通过光吸收、光散射、受激辐射、光学相位改变的方式，实现对待检测样本的检测与传感。
基于准直平行光透射式的传感检测方法，包括如下步骤：
在传感光路中设置比色皿等反应腔，将样品与光路对准使光路有效穿过样品并与样品充分相互作用；
样品中包含如染料、胶体金等光吸收与散射的成分，通过连续光照射情况下添加如离子、生物分子等的待检测物，从而改变样品的光吸收、散射、光辐射、相位状态；
在与参考光路相互叠加后，被光学系统末端光谱仪接收，从而得到光学游标效应作用下的光谱干涉信号；
通过对干涉光谱信号内的相位传感位点进行相位计算和信号解析得出在实验光路中的传感量变化。
优选的，本公开的标准试剂样品选用具有表面修饰的胶体金溶液，样品与光的相互作用光程为10mm；
优选的，本公开的平行透射传感检测模式下的待检测物为NaCl离子溶液，在反应体系的浓度可分别为4ng/mL、8ng/mL、12ng/mL、16ng/mL。
在光学系统传感光路中可设置基于聚焦光透射扫描式的传感检测单元，用于实现聚焦入射光对待检测样本不同位点的连续扫描或对同一位点的小范围连续监测传感。基于聚焦光透射扫描式的传感检测方法包括如下步骤：
在传感光路中设置聚焦透镜组、传感反应腔、传感反应腔位移系统、准直收光透镜组，将聚焦光与待测样本对准使光路有效穿过样品特定位置并与样品充分相互作用。
样品中包含如染料、金纳米颗粒、电介质超表面等光吸收与散射成分，通过连续光照射情况下改变离子浓度、折射率、生物分子浓度等，从而使样品的光吸收、散射、光辐射、相位状态发生迁移；
位移系统可对传感反应腔进行移动，从而改变检测与扫描区域；
在检测光路与参考光路信号相互叠加后，被光学系统末端光谱仪接收，从而得到光学游标效应作用下的光谱干涉信号；
通过对干涉光谱信号内的相位传感位点进行相位计算和信号解析得出在实验光路中的传感量变化。
优选的是，本发明在准直透射扫描传感模式下的标准芯片样品选用在2mm厚玻璃基底上密布的金纳米岛(40纳米)矩阵样品，样品与光的相互作用面积为0.1x0.1mm2；
优选的，本公开中金纳米岛芯片样品与PDMS微流控(2mm宽流道)系统键合，微流控系统中流入待检测生物样品用于传感。
根据一个或者多个实施例，一种在双光路光程差调控光谱干涉系统中实现反射式光学传感的方法，包括：
在光学系统传感光路中可设置基于全反射式的传感检测单元，用于实现待检测样本在光路中与全反射光通过消逝波或表面等离子体共振的相互作用；
待检测样本在光路中与入射光的相互作用包括但不限于通过消逝波或表面等离子体共振引起的光吸收、光散射、受激辐射、光学相位改变的方式，实现对待检测样本的实时检测与传感。基于全反射式的传感检测方法包括如下步骤：
在传感光路中设置棱镜等全反射光学器件和传感反应腔，将样品与全反射光路对准使全反射光与反应腔内样品在传感界面充分相互作用。
传感界面可为基于消逝波的玻璃界面、基于表面等离子体共振的金属薄膜界面、基于局域表面等离子体共振的金纳米颗粒矩阵界面；
传感界面可修饰抗体、单链核酸分子、二维材料作为特异性检测的受体，界面上表面的待测样本可为液体、气体等待检测样本，样本中包含如染料、生物分子等待测成分，并且可以与传感界面相互作用改变界面折射率、质量、光吸收与散射等物理量，从而改变全反射光的光强与相位状态；
在与参考光路相互叠加后，被光学系统末端光谱仪接收。从而得到光学游标效应作用下的光谱干涉信号；
通过对干涉光谱信号内的相位传感位点进行相位计算和信号解析得出在实验光路中的传感量变化。
在一个实施例中，优选的，本公开在全反射传感模式下的标准芯片样品选用在2mm厚玻璃基底上密布的金纳米岛(40纳米)矩阵样品、或在2mm厚玻璃基底上46-50纳米厚度的金膜样品、或在2mm厚玻璃基底上密布的金银合金纳米岛(40纳米)矩阵样品；
优选的，本公开中光学芯片与PDMS微流控(2mm宽流道)系统键合，全反射光斑覆盖微流控反应腔，微流控反应腔中流入待检测生物样品用于全反射模式传感；
优选的，本公开在全反射传感模式下的折射率检测标准待测样本选用质量百分比为2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％的氯化钠NaCl水溶液；
优选的，本公开在全反射传感模式下的生物分子传感标准待测样本选用浓度为1pg/mL，1ng/mL，1ug/mL的白介素6(IL-6)蛋白分子，传感芯片表面修饰IL-6抗体用于实现IL-6的特异性检测。
根据一个或者多个实施例，一种基于双折射晶体设计的多位点相位传感方法与光谱干涉传感信号分析方法，包括：
在光学系统中，通过调控两路光中光学晶体的光程差差值，可以实现从单个至多个相位传感位点的构建；
优选的，在光学传感过程中，通过快速傅立叶变换、窗口傅理叶变换、或小波变换等方法对干涉光谱进行相位处理与提取，分别得出每一个光谱传感位点的相位响应值，用于传感的定量或定型分析；
优选的，在光学系统中，通过调控两路光中光学晶体的光程差差值，实现多个相位传感位点的构建，对同一生物样品或目标待测样品进行传感。通过对多个传感位点光学响应求和，实现传感灵敏度的提升与检测极限的优化；
优选的，在光学系统中，通过调控两路光中光学晶体的光程差差值，实现多个相位传感位点的构建，且多个相位传感位点具有不同的动态响应范围；
在检测过程当中，通过对多个传感位点的光学响应值进行求和，实现动态检测范围的拓宽。
根据一个或者多个实施例，如图12所示，一种基于双光路光程差调控光谱干涉传感器，包括光源与分光单元100、光学干涉传感单元200、光学干涉参考单元300、光学检测系统单元400。
如图2所示，是光学光谱干涉传感信号分析组成单元中光源与分光单元的核心部件示意图。光源与分光单元100包括宽带光源、光纤、准直透镜组、分光光学组件和反射镜。其中，宽带光源101可为可见光与近红外波段的LED光源，用于发送光信号；光纤等光波导元件102可对光信号进行传递；准直透镜组103可对光纤出射光进行调节从而输出准直光；分光组件104为分光棱镜或分光镜，用于将光信号分至两路；反射镜组件105用于调节分光光路的传播方向。光源与分光单元100为两路平行工作光路提供宽光谱光源与光信号的输出。
如图3所示，是光学光谱干涉传感信号分析组成单元中光学干涉传感单元的核心部件示意图。光学干涉传感单元200，包括前置线偏振片、双折射晶体L1、可替换传感检测单元、后置线偏振片。其中，前置线偏振片201用于对宽光谱光进行调制产生线偏振光；双折射晶体202为YVO4等双折射晶体材料加工制成，用于对线偏振光在o轴和e轴的光分量添加光程差；可替换传感检测单元203用于检测传感，利用光与物质相互作用，实现基于如反射式的全反射传感单元203a、透射式平行光传感单元203b、透射扫描式传感单元203c等多种不同模式；后置线偏振片204用于分选不同偏振状态下的传感单元输出光信号。
如图4所示，是光学光谱干涉传感信号分析组成单元中光学干涉参考单元的核心部件示意图。光学干涉参考单元300，包括前置线偏振片、双折射晶体L2、后置线偏振片。其中，前置线偏振片301用于对宽光谱光进行调制产生线偏振光；双折射晶体302为YVO4等双折射晶体材料加工制成，具有与光学干涉传感单元中光学晶体不同的光程差L2；后置线偏振片303用于分选不同偏振状态下的光学干涉参考单元输出光信号。
如图5所示，是光学光谱干涉传感信号分析组成单元中光学检测系统单元的核心部件示意图。光学检测系统单元400，该单元包括，接受光学干涉传感单元光路的准直透镜组401，可对自由空间内的传感光进行收集，并有效耦合光信号至光纤等光波导元件402并对光信号进行传递；光学检测系统单元400同时包含接受光学干涉参考单元光路的准直透镜组403，并将光信号耦合至光纤等光波导元件404；光谱分析单元405包含可以接受、整合经光纤等光波导元件402与光纤等光波导元件404两路光纤光波导元件收集的光信号，并得出在特定波段的干涉光谱图。本公开实施例中，采用可见光波段500-740纳米的光谱仪与Y型光纤对两路光信号进行收集。
根据一个或者多个实施例，一种光学传感器。如图6(a)是双光路光程差调控光谱干涉的光路设计与传感原理示意图。图6(b)是本公开实施例光学干涉传感光路与光学干涉参考光路干涉光谱在叠加作用下产生光学游标效应的实验结果展示。图6(c)是不同光程差与光学晶体组合下产生的多个相位传感位点。
在本实施例中，分别采用两种不同厚度的YVO4双折射晶体202与双折射晶体302，在相同的波长频率下，双折射晶体对光路中不同偏振态的光学分量，如p偏振光与s偏振光添加不同的光程差。因此，可分别在传感单元与参考单元的干涉光谱中产生频率为f1和频率为f2的两种不同的特定干涉光谱信号。如图6(b)所示，在光谱仪采集的光谱信号中将两束光进行叠加，可产生多个基于游标效应的高灵敏相位传感位点，即反相位点。
通过改变晶体202与晶体302之间的光程差差值，可以设计构建在特定光谱范围内不同数量的相位传感位点。如图6(c)所示，晶体组合-1为厚度400微米与430微米YVO4双折射晶体所产生的相位传感光谱，在400纳米至1000纳米的波长范围内可以产生5个可靠的相位传感位点；晶体组合-2为厚度400微米与450微米YVO4双折射晶体所产生的相位传感光谱，在400纳米至1000纳米的波长范围内可以产生8个可靠的相位传感位点；晶体组合-3为厚度400微米与500微米YVO4双折射晶体所产生的相位传感光谱，在400纳米至1000纳米的波长范围内可以产生17个相位传感位点。
在本公开实施例中展示的实验结果说明，通过增加光程差差值可以有效的增加光谱中的相位传感位点。
根据一个或者多个实施例，一种光学传感器。如图7(a)光学干涉传感单元的准直光透射式相位传感示意图。图7(b)是本公开实施例中，光学干涉传感单元的聚焦光扫描透射式相位传感示意图。图7(c)是本公开实施例中，透射式相位传感胶体金样品与在溶液中离散状态示意图。胶体金样品可通过表面改性或修饰，实现离子、生物分子的识别与显色反应。图7(d)是本公开实施例中透射式相位传感胶体金样品参与显色反应后的样品状态展示与溶液中胶体金聚集状态示意图。图7(e)是本公开实施例中，透射式相位传感技术用于分析胶体金样品在不同浓度离子样品作用下在586nm～590nm光谱范围内产生的干涉变化。图7(f)是本公开实施例中，透射式相位传感技术用于分析胶体金样品在不同浓度离子样品作用下在586nm～590nm光谱范围内产生的光学相位响应变化。图7(g)是本公开实施例中，透射式相位传感技术分析所得相位响应建立的定量标准曲线。
在本公开实施例中，对平行光透射式与聚焦光透射扫描式两种光学传感模式首先进行验证工作。图7(a)和图7(b)分别展示了平行光透射式相位传感的可替换实验单元部分和基于聚焦光的透射扫描式相位传感的可替换实验单元部分。在实验中选用浓度为0.013mM的胶体金溶液对传感的性能进行表征测试。胶体金溶液中金纳米颗粒表面修饰柠檬酸钠表面稳定剂。表面稳定剂在未进行传感检测前，由于金纳米颗粒粒子表面电荷密度稳定和分散介质的离子强度，使胶体金纳米颗粒保持较高的分散度，可对530nm可见光具有较高的吸收度，从而溶液整体呈现酒红色。在传感实验中分别向1mL胶体金溶液中分别添加20微升2％、4％、6％、8％的氯化钠溶液。根据Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek(DLVO)理论，胶体稳定性在添加氯化钠离子溶液之后，离子将影响胶体金表面双电子层并使胶体金颗粒间的电排斥力下降，胶体金纳米颗粒间距离在缩小过程中对光的选择性吸收光谱发生变化，从而发生显色反应(图7(d)所示)。
在整个反应过程中，实验光路的光信号实时监测胶体金动态反应过程并在光谱仪中与参考光路的光信号进行叠加，在波长为590纳米的光谱位置可设计产生如图7(e)所示的干涉光谱，在相位传感位点可明显观测到相位发生变化。其中，参考光谱为在在去离子水(DI)下的干涉光谱图谱，样品-1、-2、-3、-4分别为添加20微升2％、4％、6％、8％氯化钠溶液后的样品。经过相位信号处理分析，可分别计算得出如图7(f)所示的在590nm波长处的相位响应弧度值。在590nm单波长传感条件下的不同盐粒子浓度相位响应值可用于计算平行光透射式模式下的标准传感定量拟合曲线，即y＝0.1582×x+0.02947，并依此评估传感系统对于NaCl离子的检测极限LOD为98μg/mL。
根据一个或者多个实施例，一种光学传感器。如图8(a)是双光路光程差调控光谱干涉技术方法中基于消逝波、表面等离子体共振、局域表面等离子体共振光学传感原理的全反射式相位传感示意图。图8(b)是本公开实施例中可用于全反射式相位传感的等离激元材料(芯片)，包括基于金膜、金纳米岛颗粒矩阵、金银合金纳米岛颗粒矩阵的生物芯片。图8(c)是金纳米岛颗粒矩阵的原子力显微镜扫描图。图8(d)是基于双光路光程差调控光谱干涉技术和金纳米岛颗粒矩阵生物芯片在530nm～620nm波长范围内构建的双共振相位传感光谱图。图8(e)是多构建的双共振相位传感光谱图对0.5％NaCl样品-1的双波长传感结果，可用于分析系统的折射率分辨率(RIR)。
本实事例中，对基于全反射式的消逝波传感模式、表面等离子体共振传感模式和局域表面等离子体共振传感模式三种光学相位传感模式进行验证。图8(a)展示了消逝波与表面等离子体共振SPR和局域表面等离子体共振LSPR传感模式下的基于全反射的光学干涉系统。在本实施例的光路中，通过全反射模式可在三棱镜的全反射界面产生消失波。消逝波可应用于界面传感，如界面上折射率的变化、生物分子的结合等。同时，通过如图8(b)所示的金膜，可产生基于表面等离子体共振SPR原理的消逝波电场增强，提升相位传感的灵敏度。
同时，可进一步利用如金纳米岛(AuNI)结构或者是金银合金纳米岛结构组成的纳米颗粒光学芯片，在界面激发基于LSPR局域表面等离子体共振的电磁场，构建具有更高强度和更高空间分辨率的电磁场，实现高灵敏的等离基元生物传感。
本实施例中，进一步以AuNIs纳米芯片为例，验证基于全反射模式下的双光路光程差调控光谱干涉传感方法的灵敏度与折射率检测分辨率。图8(c)首先展示了AuNI金纳米颗粒的原子力显微镜图像，在AuNI芯片中，玻璃透明基地上密布自组装形成的平均直径40nm金颗粒。芯片与微流控或流通池组装，并安放于产生全反射的三棱镜上表面，使光学干涉传感光路中的准直光束在传感位点全反射并最终被接受。
通过调节实验光路与参考光路的双折射晶体厚度与光程差差值，可形成如图8(d)所示的多传感位点干涉光谱，所示光干涉光谱分别在553纳米以及588纳米产生两个可用于高灵敏相位传感的位点。
在实验过程中，首先通过去离子水(DI water)构建参考的干涉光谱，如8d图蓝色虚线所示。随后通过注射泵或蠕动泵将0.5％氯化钠溶液注入传感检测腔中，将折射率从1.3330提升至1.33387。由于折射率的变化，导致芯片传感界面产生的LSPR消逝波与电磁场振动状态发生改变并影响放射光相位。如图8(d)所示，在两个敏感波长位置处，除光强发生改变外，干涉光谱的相位也发生了明显跃迁。利用窗口傅立叶变换(WFT)方法可分别提取在两处波长的相位变化。
如图8(e)所示，0.00087折射率单元(RIU)的折射率变化导致双光路光程差调控光谱干涉传感器在553nm处产生了约0.48弧度的相位变化，在588nm处产生了超过2.4弧度的更高相位响应变化。折射率分辨率RIR是指传感技术或仪器所能检测或分辨的最小折射率变化，可通过计算RIR来衡量本传感方法对折射率变化的敏感度。折射率分辨率RIR被定义为：
其中δnbulk为传感系统中的折射率变化值，为LSPR传感系统的相位响应值，假设相位波动的标准偏差/>为1.75×10-4弧度，并使用上述公式进行计算，可以得出基于LSPR的双光路光程差调控光谱干涉传感器在553nm波长处的体折射率分辨率RIR为3.172×10-7RIU，在588nm波长处的体折射率分辨率RIR为6.344×10-8RIU。
图9(a)是基于双光路光程差调控光谱干涉技术和金纳米岛颗粒矩阵生物芯片在520nm～630nm波长范围内构建的四个相位传感位点光谱图。图9(b)是基于双光路光程差调控的多相位传感光谱干涉技术对0.5％NaCl、2％NaCl盐水溶液的多波长相位传感结果，通过叠加多位点相位响应可提升传感器的折射率分辨率与灵敏度。
本实施例中，基于双光路、双光程调控的多位点相位传感光谱干涉技术，可在有限的光谱范围内构建多个相位传感位点。如图9(a)所示，在520至640纳米的光谱范围内，可分别构建在535nm、558nm、583nm以及615nm四个波长的相位传感点。
在进一步的验证实验中，首先通过去离子水构建如图9(a)中“状态-1”的参考干涉光谱图。随后向传感的流体腔内分别注入0.5％的氯化钠溶液和2％的氯化钠溶液。通过实时的传感实验，进一步验证多传感位点在传感相同折射率变化时的响应规律。经过傅立叶变换的数据处理，可以得出如图9(b)所示在四个不同波长位置的相位响应值。其中，535nm的相位传感位点，表现出最灵敏的光学传感性能。而615nm的的相位传感位点表现的光学传感灵敏度较弱。由于各个波长对相同折射率变化或生物分子结合的传感过程中，其初始相位与干涉状态不同，所以多个传感位点所处的灵敏度不相同，进而表现出略有差异的相位响应。在数据处理过程中可通过将多位点所有的相位传感响应值进行叠加，从而得出具有高灵敏度的定量标准曲线。
图10是基于双光路光程差调控光谱干涉技术所检测的0-20％NaCl溶液折射率梯度变化的实时相位响应结果图。基于此相位求和与传感原理，利用多位点相位传感光谱干涉技术对多个不同折射率的标准样品进行连续的实时监传感测。实验过程中，分别制备1mL去离子水、质量百分比为2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％的氯化钠溶液等十一个标准样品，并在实验过程中依次注入AuNIs传感芯片的生物传感检测腔内。由于折射率的不断提高，可以得到连续上升的相位响应值，通过对四个传感位点的相位响应值进行叠加，可以得到如图10所示的相位响应变化曲线。
图11(a)是双光路光程差调控光谱干涉技术在四个共振位点传感过程中的归一化相位响应范围结果图。图11(b)是双光路光程差调控光谱干涉技术中多共振位点传感相位响应叠加所得的宽动态检测范围结果图，用于在较大折射率变化过程中的高灵敏相位传感。
通过对多个传感位点的相位值进行叠加，可以得到较宽的动态检测范围，这也是多位点相位传感光谱干涉技术与传感器的一个突出优势。在单一传感位点的相位检测过程中，如图11(a)所示，每个检测位点分别具有不同的最优检测动态范围。S-1、S-2、S-3、S-4分别为相位响应归一化后得出的动态检测范围。在进行较宽的折射率变化检测或生物传感过程中，会出现检测不灵敏(折射率低于检测范围)与检测过饱和(折射率检测超出动态检测范围)的特殊情况，从而影响传感过程中的连续检测。通过对四个相位点的响应值进行叠加，可以得到如图11(b)所示的超宽动态检测范围，该宽动态检测特性有助于在生物传感过程当中实现对不同基础状态下目标样品的检测分子。例如在不同的缓冲液以及折射液基础上，对特定生物分子高灵敏的实时传感检测。
在实际传感器检测样本过程当中，通过对多个相位传感位点分别进行分析处理，可以实现光谱复用的多通道生物传感能力。这也是多位点相位传感光谱干涉技术与传感器在生物医学应用领域另一个突出的优势。通过在光谱中构建多个相位传感位点，可针对同一样品的多个疾病标志物开展平行检测。例如病毒感染可能引起病人体内免疫抗体的表达，通过光谱中多个相位检测位点分别对IgG抗体,IgM抗体,IgA抗体和病毒抗原进行分别检测，通过不同抗体的浓度相关关系，可以判断病人感染的阶段。如在感染初期，IgM抗体浓度较高，IgG抗体浓度较低；而在感染后期或康复阶段，IgG抗体浓度明显增高，而IgM抗体浓度下降。另一种典型的应用场景为病人血液样本或组织液样本中的多炎症因子的平行传感与快速检测。在传感过程当中，通过多个相位传感位点平行检测同一病人样本中的多个炎症因子，如典型的白介素-1(IL-1)、白介素-1(IL-1)、细胞坏死因子(TNF-α)和干扰素(IFN-γ)。通过多种炎症因子水平的平行检测，快速评估机体炎症反应的程度和类型，实现包括感染、创伤、自身免疫性疾病以及肿瘤等炎症相关疾病的诊断、治疗指导、干预决策以及预后监测。
根据一个或者多个实施例，如图1所示。一种光学传感器，包括光源单元、传感单元、参考单元和检测单元。
光源单元发射的一路探测光束被传输到传感单元，在传感单元中与目标样本发生相互作用后被检测单元接收。光源单元发射的一路参考光束被传输到参考单元，经参考单元被检测单元接收。检测单元，将探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得目标样本的特性。
进一步的，在本公开实施例中，对于上述的光学传感器产品可以有不同的定义或者形式。
譬如，当设计一种光学传感组件，该组件包括光源单元、传感单元和参考单元。光源单元发射的一路探测光束被传输到传感单元，在传感单元中与目标样本发生相互作用后，出射到光学传感组件的第一光路接口。光源单元发射的一路参考光束被传输到参考单元，经参考单元，出射到光学传感组件的第二光路接口。
光学传感组件的第一光路接口和第二光路接口同时接入一检测单元。检测单元，将接收到的探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得目标样本的特性。在这里，光源单元、传感单元和参考单元被设计在一个组件内，通过接口与检测单元连接，实现对样本特性的检测。这里的检测单元可以是专门设计的检测光电器件，也可以是一种通用的光谱分析仪。
又譬如，设计一种光谱采集组件，包括传感单元和参考单元。光谱采集组件，具有第三光路接口和第四光路接口，该第三光路接口和第四光路接口连接一外部光源单元。同时，光谱采集组件还具有第五光路接口和第六光路接口。
设置一光源单元发射的一路探测光束通过光谱采集组件的第三光路接口被传输到传感单元，在传感单元中与目标样本发生相互作用后，出射到光谱采集组件的第五光路接口。光源单元发射的一路参考光束通过第四光路接口被传输到参考单元，经参考单元出射到光谱采集组件的第六光路接口。
光谱采集组件的第五光路接口和第六光路接口同时接入一检测单元，检测单元将接收到的探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得目标样本的特性。在这里，将传感单元和参考单元设计在一个光谱采集组件上，通过前端接口连接光源单元，后端结构连接检测单元，这样的设计，使得不同的光谱采集组件通过组合不同光源单元，实现不同的样本检测目的。
综合上述实施例，本公开的有益效果包括：
1、本公开的一种基于双光路光程差调控光谱干涉技术可实现敏感的相位传感，通过外部光路中两路干涉光成分叠加实现相位传感位点的构建。
相较于传统的光强信号调制方法，相位传感方法表现出更高的灵敏度，可降低生物分子和疾病标志物的检测极限(LoD)两个数量级；与此同时，双光路干涉所实现的相位传感方法通过外部光路干涉信号的叠加方法直接构建，因此对于多种不同的传感检测模式和传感介质材料具有更好的适用性，可以作为多种光学传感领域的普适性技术手段，具有广泛的实用性和应用价值。
2、本公开的一种基于双光路光程差调控光谱干涉技术可设计实现在光谱范围内的多个相位波长检测位点，增加干涉传感的复用性和通量。由于本公开的方案，可以通过调节两路光路中光学晶体的光程差差值，构建多个不同的相位传感位点。因此，每一个构建的相位传感位点可以作为一种标志物的检测通道，从而大大提升了生物传感的复用性和通量。
在传统的相位调制检测过程当中，光谱只能给出单一检测目标的定性或定量分析结果。而在本公开中构建的多通道检测方法，可以以每一个相位传感位点为独立传感单元，通过在同一芯片上对多个目标物进行标记和传感，并分别利用不同的相位传感位点的检测通道读取不同目标物的浓度以及数量信息，从而实现单一光谱的复用能力和检测的通量提升。
3、本公开的一种基于双光路光程差调控光谱干涉技术可实现透射式显色反应的高灵敏检测，显色传感检测的结果准确、快速，可实现动态实时监测。
透射式传感检测利用光与物质在传播过程中相互作用来分析光的吸收。透射式的传感检测方法一般具有简便快速的优势，但检测的灵敏度不足。本公开通过相位调制的检测方法大大提升了透射式检测的灵敏度，可以实现显色反应等透射式实时传感的检测准确性和灵敏度。
4、本公开的一种基于双光路光程差调控光谱干涉技术可实现全反射式的表面等离子体共振高灵敏传感，传感不受传感材料的等离激元相位变化限制，是宽吸收光谱材料用于生物传感的使能技术。
全反射的传感检测模式一般可以分为基于消逝波和表面等离子体共振两种主要的传感检测模式。
基于全反射消逝波的传感方法由于仅可利用光强调制的方法进行传感，因此检测信号的响应较弱、灵敏度不高，从而无法检测到小分子或低浓度生物样品的相互作用和结合。通过本公开，可实现相位调制和检测模式，从而提升了全反射消逝波传感模式的灵敏度。
另一种受益的传感检测模式是基于表面等离子体共振的传感方法。该传感方法的传统技术路径主要利用表面等离子体共振材料在特定波长的相位调制作用，实现相位传感位点的构建和传感应用。但该传统方法对传感材料的光学特性要求较高，需要传感材料在特定波长具有相位响应能力。
本公开通过外部光路设计构建了相位传感位点的自主设计，打破了等离激元相位传感材料的限制，不仅可以将多种具有优良生物与化学特性的宽光谱吸收光学材料应用于生物传感当中，更能拓展于生物传感的应用范畴。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种光学传感器，其特征在于，包括光源单元、传感单元、参考单元和检测单元，
所述光源单元发射的一路探测光束被传输到所述传感单元，在所述传感单元中与目标样本发生相互作用后被所述检测单元接收，
所述光源单元发射的一路参考光束被传输到所述参考单元，经所述参考单元被所述检测单元接收，
所述检测单元，将所述探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得所述目标样本的特性。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述传感单元包括第一双折射晶体，所述参考单元包括第二双折射晶体，
第一双折射晶体的光程差为L1，第二双折射晶体的光程差为L2，且L2≠L1，差值ΔL＝|L1-L2|，
所述光学传感器具有的一个或多个传感检测位点，与ΔL，以及L1、L2数值组合相关联。
3.根据权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述传感单元中，沿着光路依次设置第一前置线偏振片、所述第一双折射晶体、传感检测单元和第一后置线偏振片。
4.根据权利要求3所述的光学传感器，其特征在于，所述第一前置线偏振片前设置有第一光源准直单元。
5.根据权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述参考单元中，沿着光路依次设置第二前置线偏振片、所述第二双折射晶体、第二后置线偏振片。
6.根据权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，所述第二前置线偏振片前设置有第二光源准直单元。
7.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述光源单元包括沿着光路依次设置的光源、第一准直透镜组、分光组件和反射镜。
8.根据权利要求7所述的光学传感器，其特征在于，在所述光源单元中，所述光源出射光通过与所述光源连接的第一光波导入射所述第一准直透镜组。
9.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述检测单元包括依照接收光路设置第二准直透镜组和第二光波导、第三准直透镜组和第三光波导、以及第二光波导、第三光波导分别接入的光谱分析单元。
10.根据权利要求3所述的光学传感器，其特征在于，所述传感单元是全反射式传感单元、透射式传感单元、等离激元传感单元中任一种或者组合。
11.根据权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述透射式传感单元是，平行光透射传感单元或聚焦光扫描透射传感单元。
12.根据权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述等离激元传感单元是，表面等离子体共振传感单元或局域表面等离子体共振传感单元。
13.根据权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述全反射式传感单元包括，
棱镜；
传感层，覆盖于所述棱镜的表面以作为传感界面；以及
样本流体腔，用以引入待检测样本至所述传感界面。
14.根据权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述透射式传感单元，以准直光束，以平行光或聚焦光入射待检测样本。
15.根据权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述等离激元传感单元包括，
棱镜；
传感层，覆盖于所述棱镜的表面以作为传感界面；以及
样本流体腔，用以引入待检测样本至所述传感界面。
16.一种如权利要求1至15任一所述光学传感器的用途，其特征在于，使用所述光学传感器检测目标样本特性。
17.一种样本传感检测设备，其特征在于，该设备包括如权利要求1至12任一所述光学传感器。
18.一种生物传感检测芯片，其特征在于，该芯片包括如权利要求1至12任一所述光学传感器。
19.一种样本传感检测方法，其特征在于，包括，
从光源单元生成探测光束，将该探测光束传输至传感单元，与目标样本发生相互作用后被检测单元接收；
从所述光源单元生成参考光束，将该参考光束传输至参考单元，经所述参考单元被所述检测单元接收；
将所述探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得所述目标样本的特性。
20.根据权利要求19所述的样本传感检测方法，其特征在于，所述传感单元包括第一双折射晶体，所述参考单元第二双折射晶体，
第一双折射晶体的光程差为L1，第二双折射晶体的光程差为L2，且L2≠L1，差值ΔL＝|L1-L2|，
通过设置ΔL，以及设置不同的L1、L2组合，从而设计所述传感单元一个或多个传感检测位点。
21.根据权利要求19所述的样本传感检测方法，其特征在于，所述样本是胶体金样本，对胶体金样本的检测方法包括，
将所述传感单元配置为透射式传感单元，
向胶体金样本溶液中添加不同浓度的氯化钠溶液，形成不同浓度的胶体金样本溶液；
通过透射式传感单元对所述不同浓度的胶体金样本溶液的检测，观察其在预设相位传感检测波长位点的相位变化；
分别计算不同浓度胶体金样本溶液在预置波长光谱位置的相位相应值，获得标准传感定量拟合曲线。
22.根据权利要求19所述的样本传感检测方法，其特征在于，所述样本是等离激元材料，包括基于金膜、金纳米岛颗粒矩阵、金银合金纳米岛颗粒矩阵的生物芯片，对等离激元材料样本的检测方法包括，
将所述传感单元配置为全反射式传感单元、或等离激元传感单元，
向样本流体腔注入去离子水、不同浓度的氯化钠溶液，
通过计算不同浓度样本的折射率，获得所述样本的相位响应值。
23.一种光学传感组件，其特征在于，包括光源单元、传感单元和参考单元，
所述光源单元发射的一路探测光束被传输到所述传感单元，在所述传感单元中与目标样本发生相互作用后，出射到所述光学传感组件的第一光路接口，
所述光源单元发射的一路参考光束被传输到所述参考单元，经所述参考单元，出射到所述光学传感组件的第二光路接口。
24.根据权利要求23所述的光学传感组件，其特征在于，所述光学传感组件的第一光路接口和第二光路接口同时接入一检测单元，
所述检测单元，将接收到的所述探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得所述目标样本的特性。
25.一种光谱采集组件，其特在于，包括传感单元和参考单元，
所述光谱采集组件，具有第三光路接口和第四光路接口，该第三光路接口和第四光路接口连接一外部光源单元，
同时，所述光谱采集组件还具有第五光路接口和第六光路接口，
所述光源单元发射的一路探测光束通过所述光谱采集组件的第三光路接口被传输到所述传感单元，在所述传感单元中与目标样本发生相互作用后，出射到所述光谱采集组件的第五光路接口，
所述光源单元发射的一路参考光束通过所述光谱采集组件的第四光路接口被传输到所述参考单元，经所述参考单元，出射到所述光谱采集组件的第六光路接口。
26.根据权利要求25所述的光谱采集组件，其特征在于，所述光谱采集组件的第五光路接口和第六光路接口同时接入一检测单元，
所述检测单元，将接收到的所述探测光束和参考光束重新组合后，通过对重新组合后的光束进行光谱分析，获得所述目标样本的特性。
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