CN207439353U - 基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于光学测量技术领域，提供了一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，第一聚焦透镜位于环形反射镜和载玻片之间，所述环形反射镜倾斜放置，使得激发光经过所述环形反射镜反射后射入第一聚焦透镜，并经过所述第一聚焦透镜聚焦后形成聚焦光场，所述聚焦光场为近场涡旋光场NF‑OV；所述载玻片的上表面位于聚焦光场的焦平面，纳米颗粒作为待探测物位于NF‑OV区域范围内，用于和NF‑OV相互作用，使纳米颗粒产生携带有NF‑OV的局域自旋态的散射光；自旋圆二色性检测单元用于对射入的散射光进行偏振态检测，并结合PC分析得到纳米颗粒在NF‑OV中的相对位移；本实用新型提供的传感系统能够检测到精确的位移信息。
Description
技术领域
本实用新型属于光学测量技术领域，尤其涉及一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统。
背景技术
纳米科技引领了21世纪新的产业革命，它不断向信息技术、生物技术、医学、能源、环境等领域融合渗透，并且逐渐取得重大进步。精确的纳米测量技术是纳米科技发展的前提和催化剂，科技始于测量，测量技术也是一个国家科技的重要标志，纳米技术的发展需要人们对纳米世界有充分的认识，这就需要能够在纳米甚至更小尺度下进行测量、操作、装配的科学方法和关键技术，以及相应的设备设施。
精密测量技术也可以称为高精度超灵敏位移传感技术，目前其主要应用有以下几个方面：一，超精密加工技术和微型机械制造技术方面，这些技术都需要具有超高精度的定位才能完成，例如实验室普遍采用的纳米平移台(PI)就需要精确的定位技术支持；二，生物工程技术和医疗科学技术方面，比如，由带有传感器的微动机器人来完成微外科手术，可以大大的减轻医生的负担，缩短手术时间，保存患者体力，并提高成功率，因此具有广泛的应用前景；这一项技术的发展高度依赖于高精度超灵敏位移传感；三，扫描探针显微镜方面，灵敏的位移传感技术是扫描探针显微镜的核心技术之一，直接影响到显微镜的成像结构和造作能力。高精度超灵敏位移传感除了在以上方面具有重要的应用，也在光纤对接、磁存储设备、纳米计量学等领域具有重要应用价值。
目前的高精度超灵敏位移传感技术主要采用电学手段，通过灵活的反馈机制来实现，另外就是通过传统的光学成像方法即传统的光学测量手段。这两种探测手段各有利弊，通过电学的方法，可以实现很高的精度，但是为了克服噪声，其成本是不可估量的；而通过使用传统的光学成像方法，由于受到光学衍射极限的限制，其测量灵敏度相较于电学手段要低得多，精度很难进一步提升。
因此，需要一种全新的高精度超灵敏位移传感系统，来实现超灵敏和高精度的位移传感。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，旨在提供一种能够获得超灵敏和高精度位移信息的全新的位移检测系统。
本实用新型提供了一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，包括：激发光、环形反射镜、第一聚焦透镜、载玻片、纳米颗粒和自旋圆二色性检测单元；
所述第一聚焦透镜位于所述环形反射镜和所述载玻片之间，所述环形反射镜倾斜放置，使得所述激发光经过所述环形反射镜反射后射入所述第一聚焦透镜，并经过所述第一聚焦透镜聚焦后形成聚焦光场，所述聚焦光场为局域自旋态随探测处的位置线性变化的近场涡旋光场NF-OV；
所述载玻片的上表面位于所述聚焦光场的焦平面，所述纳米颗粒作为待探测物位于所述NF-OV区域范围内，用于和所述NF-OV相互作用，使所述纳米颗粒产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，所述散射光的偏振态随所述NF-OV的局域自旋态线性变化；
所述自旋圆二色性检测单元用于对经过所述第一聚焦透镜，并经过所述环形反射镜的中空部分后射入的散射光进行偏振态检测，并分析得到所述纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移。
进一步地，所述激发光为带有涡旋的角向偏振光。
进一步地，所述自旋圆二色性检测单元包括：四分之一玻片和偏振片，所述四分之一玻片位于所述偏振片的下方。
进一步地，所述超灵敏位移传感系统还包括：第二聚焦透镜，还包括依次连接的光电倍增管、数据采集卡和PC；
所述自旋圆二色性检测单元检测过后的信号光数据经过所述第二聚焦透镜聚焦后，进入所述光电倍增管，所述光电倍增管收集所述信号光数据并通过所述数据采集卡传输到所述PC，结合所述PC分析得到所述纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供了一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，激发光经过环形反射镜反射并经过第一聚焦透镜聚焦后形成NF-OV，然后位于所述NF-OV区域范围内的纳米颗粒和NF-OV相互作用，使所述纳米颗粒产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，再然后所述自旋圆二色性检测单元对射入的所述散射光进行偏振态检测，并结合PC即可得到所述纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移；本实用新型与现有技术相比，先产生局域自旋态随探测处的位置线性变化的NF-OV，然后与纳米颗粒作用，产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，而该散射光的偏振态随所述NF-OV的局域自旋态线性变化，通过利用自旋圆二色性检测单元对该散射光进行偏振态检测，并结合PC即可检测出纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移，本实用新型提供的传感系统能够检测到精确的位移信息，灵敏度高，成本低，有较高的实用价值。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，包括激发单元10、响应单元20和检测单元30，其中，所述激发单元10包括：激发光101、环形反射镜102和第一聚焦透镜103，所述响应单元20包括：载玻片201和纳米颗粒202；所述检测单元30包括：自旋圆二色性检测单元301、第二聚焦透镜302、光电倍增管303、数据采集卡304和PC305。
本实用新型实施例提供的所述激发光101为带有涡旋的角向偏振光。
具体地，所述环形反射镜102的环形部分用于反射激发光101，使其进入响应单元20；所述环形反射镜102的中间部分是中空的，用于使从所述响应单元20出来的待检测的信号光即散射光从此穿过，从而进入检测单元30。
具体地，所述纳米颗粒202为散射体，用于将近场光场耦合到远场。
具体地，所述自旋圆二色性检测单元301包括：一个偏振片3011和四分之一玻片3012，所述四分之一玻片3012位于所述偏振片3011的下方；其中，所述偏振片3011固定在一个角度旋转平台上，可以进行360度旋转扫描；利用该组合可以检测出光束偏振态。
所述第一聚焦透镜103位于所述环形反射镜102和所述载玻片201之间，所述环形反射镜102倾斜放置，使得所述激发光101经过所述环形反射镜102反射后射入所述第一聚焦透镜103，并经过所述第一聚焦透镜103聚焦后形成聚焦光场，所述聚焦光场为局域自旋态随探测处的位置线性变化的近场涡旋光场NF-OV。所述载玻片201的上表面位于所述聚焦光场的焦平面，所述纳米颗粒202作为待探测物位于所述NF-OV区域范围内，用于和所述NF-OV相互作用，使所述纳米颗粒202产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，所述散射光的偏振态随所述NF-OV的局域自旋态线性变化；事实上，所述纳米颗粒202位于所述NF-OV的不同位置时，散射光的偏振态不同，从而可以通过检测散射光的偏振态来知晓所述纳米颗粒202在所述NF-OV中的相对位移。所述散射光作为待检测的信号光，经过所述第一聚焦透镜103，并穿过所述环形反射镜102的中空部分后射入所述自旋圆二色性检测单元301，所述自旋圆二色性检测单元301对射入的所述散射光进行偏振态检测。所述数据采集卡304将所述光电倍增管303与所述PC305相连接，所述自旋圆二色性检测单元301检测过后的信号光数据经过所述第二聚焦透镜302聚焦后，进入所述光电倍增管303，所述光电倍增管303收集所述信号光数据并通过所述数据采集卡304传输到所述PC305，利用所述PC305对获取的信号光数据进行相应的整合，从而分析得到所述纳米颗粒202在所述NF-OV中的相对位移。
本实用新型提供的一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，先产生局域自旋态随探测处的位置线性变化的NF-OV，然后与纳米颗粒作用，产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，而该散射光的偏振态随所述NF-OV的局域自旋态线性变化，通过利用自旋圆二色性检测单元对该散射光进行偏振态检测，并结合PC即可检测出纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移，本实用新型提供的传感系统能够检测到精确的位移信息，灵敏度高，成本低，有较高的实用价值。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于局域自旋特性的超灵敏位移传感系统，其特征在于，包括：激发光、环形反射镜、第一聚焦透镜、载玻片、纳米颗粒和自旋圆二色性检测单元；
所述第一聚焦透镜位于所述环形反射镜和所述载玻片之间，所述环形反射镜倾斜放置，使得所述激发光经过所述环形反射镜反射后射入所述第一聚焦透镜，并经过所述第一聚焦透镜聚焦后形成聚焦光场，所述聚焦光场为局域自旋态随探测处的位置线性变化的近场涡旋光场NF-OV；
所述载玻片的上表面位于所述聚焦光场的焦平面，所述纳米颗粒作为待探测物位于所述NF-OV区域范围内，用于和所述NF-OV相互作用，使所述纳米颗粒产生携带有所述NF-OV的局域自旋态的散射光，所述散射光的偏振态随所述NF-OV的局域自旋态线性变化；
所述自旋圆二色性检测单元用于对经过所述第一聚焦透镜，并经过所述环形反射镜的中空部分后射入的散射光进行偏振态检测，并分析得到所述纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移。
2.如权利要求1所述的超灵敏位移传感系统，其特征在于，所述激发光为带有涡旋的角向偏振光。
3.如权利要求1所述的超灵敏位移传感系统，其特征在于，所述自旋圆二色性检测单元包括：四分之一玻片和偏振片，所述四分之一玻片位于所述偏振片的下方。
4.如权利要求1所述的超灵敏位移传感系统，其特征在于，所述超灵敏位移传感系统还包括：第二聚焦透镜，还包括依次连接的光电倍增管、数据采集卡和PC；
所述自旋圆二色性检测单元检测过后的信号光数据经过所述第二聚焦透镜聚焦后，进入所述光电倍增管，所述光电倍增管收集所述信号光数据并通过所述数据采集卡传输到所述PC，结合所述PC分析得到所述纳米颗粒在所述NF-OV中的相对位移。
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|---|---|---|---|---|
| CN109387481A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-26 | 同济大学 | 一种检测圆二色性的装置与方法 |
| CN110487212A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-22 | 中北大学 | 一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置 |
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2017
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