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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung, die zum Erfassen von Brechzahlen bzw. deren Änderung dienen.
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Der Brechungsindex, auch optische Brechzahl genannt, ist eine optische Eigenschaft von Materialien oder Medien (Fluiden), die das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit im betrachteten Medium beschreibt. Änderungen optischer Material- bzw. Medieneigenschaften, die beispielsweise durch Verunreinigungen oder Konzentrationsänderungen von Fluiden hervorgerufen werden, verursachen Änderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts und somit zwangsläufig eine Änderung des Brechungsindex des betrachteten Materials bzw. Mediums. So erlaubt die Bestimmung des Brechungsindex beispielsweise eine einfache Bestimmung eines Gehaltes einer Substanz in einem Lösungsmittel. Unter Ausnutzung von plasmonischen Schichten können solche Änderungen von Brechungsindizes hochsensitiv gemessen werden. Dabei werden optische Resonanzeigenschaften an der Oberfläche von metallischen Strukturen – die so genannten Oberflächenplasmonen – und deren Abhängigkeit vom Brechungsindex des Umgebungsmediums betrachtet. Da die Oberflächenplasmonen stark auf Brechzahländerungen im unmittelbar umgebenden Medium reagieren, kann eine Brechzahländerung zum Beispiel durch die Änderung der Wellenlänge der Oberflächenplasmonen bestimmt werden.
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Zur Ausbildung plasmonischer Resonanzen an metallischen Oberflächen können grundsätzlich zwei Anregungsvarianten unterschieden werden. So sind beispielsweise Verfahren nach Kretschmann oder Otto bekannt, bei denen eine Totalreflexion eines einfallenden Lichtstrahls durch Prismenkopplung erreicht wird, wobei evaneszente Wellen entstehen, die in die Oberfläche einer geschlossenen Metallschicht eingekoppelt werden. Aufgrund der Prismenkopplung sind bei diesen Verfahren allerdings aufwendige und komplexe Strahlführungen notwendig, um Veränderungen der Resonanzwellenlängen mit hoher Sensitivität erfassen zu können. Sensoren, die auf Basis von Kretschmann- oder Otto-Anordnungen gebildet sind, weisen daher einen erhöhten konstruktiv bedingten Platzbedarf auf und weisen weiterhin den Nachteil auf, dass ein relativ hoher Justageaufwand notwendig ist, der den Einsatz in großtechnischen Anlagen erschwert.
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Oberflächenplasmonen können jedoch auch durch senkrecht zur Ebene einer metallischen Schicht einfallende Lichtstrahlen angeregt werden, wenn an der Metallschicht entsprechende Oberflächenstrukturierungen vorhanden sind. Dabei werden an derartigen Strukturierungen, die mit Durchbrechungen oder Strukturierungen im Höhenprofil der Metallschicht realisiert sein können, lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanzen (LSPR) hervorgerufen, deren Resonanzwellenlängen detektiert werden können. Einfache Transmissionsgeometrien gewährleisten dabei eine einfache Strahlführung, so dass auf diesem Anregungsverfahren basierende Sensoren sehr flach gestaltet werden können. Es ist bei derartigen Systemen jedoch nachteilig, dass brechungsindexabhängige Resonanzverschiebungen mit Hilfe von Spektrometern erfasst werden müssen, da diese einen hohen Kostenfaktor darstellen und ebenso einen erhöhten Platzbedarf aufweisen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein einfaches auf lokalisierten Oberflächenplasmonen basiertes Verfahren vorzuschlagen, das mit einer minimalen Sensorkonfiguration durchführbar ist. Der Anspruch 6 betrifft eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Lösung der Aufgabe kann mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht werden. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen entnommen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen von optischen Brechzahlen oder deren Änderungen wird so vorgegangen, dass monochromatisches Licht einer Wellenlänge aus einem vorgegebenen Wellenlängenbereich mit einer Intensität I0 auf ein optisch transparentes Medium mit bekannter optischer Brechzahl und mindestens ein optisch transparentes Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher optischer Brechzahl gerichtet wird. Gleichzeitig wird das dabei in die genannten optisch transparenten Medien eingekoppelte monochromatische Licht durch eine in Strahlrichtung des monochromatischen Lichts hinter den optisch transparenten Medien angeordnete metallische optisch transparente Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung transmittiert. Das transmittierte Licht wird zur Erfassung der Intensität auf jeweils einen optischen Detektor gerichtet und die für das in das optisch transparente Medium mit bekannter optischer Brechzahl eingekoppelte Licht erfasste transmittierte Intensität I1 und die für das in das mindestens eine optisch transparente Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl eingekoppelte Licht erfasste transmittierte Intensität I2 und/oder die jeweils daraus bestimmten Extinktionen E1 und E2 jeweils mit Referenzwerten verglichen, für die die transmittierten Intensitäten und/oder die jeweils daraus bestimmten Extinktionen von optisch transparenten Medien mit bekannter unterschiedlicher Brechzahl im vorgegebenen Wellenlängenbereich bekannt sind.
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Zur Bestimmung der Extinktionswerte sollte die allgemeine Gesetzmäßigkeit nach Lambert-Beer angewandt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausgenutzt, dass die metallische optisch transparente Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung für einen Wellenlängenbereich in sie umgebende optisch transparente Medien mit unterschiedlichen optischen Brechzahlen eingekoppeltes Licht plasmonisch resonant ist und dass die dabei erhaltenen Transmissions- und/oder Extinktionsspektren für zumindest kleine Wellenlängensprünge bzw. Wellenlängenänderungen einen linearen Anstieg (positiv oder negativ) aufweisen. Der vorgegebene Wellenlängenbereich ergibt sich demzufolge aus den Resonanzeigenschaften der optisch transparenten Schicht bzw. aus der auf ihr ausgebildeten plasmonisch aktiven Metallschicht mit Oberflächenstrukturierung. Der vorgebbare Wellenlängenbereich kann demzufolge durch Anpassungen der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz (z. B. durch die Art der Strukturierung oder die Art des Metalls) variiert werden.
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Die Referenzwerte sollten daher vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich erfasst werden, in dem die transmittierten Intensitäten und/oder die daraus bestimmten Extinktionen von in bekannten optisch transparenten Medien mit jeweils unterschiedlichen bekannten optischen Brechzahlen eingekoppelten monochromatischem Licht verschiedener Wellenlängen, jeweils einen im wesentlichen linearen Anstieg (positiv oder negativ) aufweisen. Zur Kalibrierung von Referenzgeraden (linearer Anstieg) können daher Testreihen mit unterschiedlichen optischen Brechzahlen bzw. Brechungsindizes durchgeführt werden. So können in diesem Wellenlängenbereich brechzahlabhängige Referenzgeraden im Extinktions- und/oder Transmissionsspektrum ermittelt werden anhand deren die wellenlängenabhängigen Referenzwerte für die verschiedenen optischen transparenten Referenzmedien abgelesen werden können. Dabei kann zum Erfassen von Extinktionsspektren von optisch transparenten Referenzmedien, deren optische Brechzahl bekannt ist, bzw. zum Erfassen des Extinktionsverhaltens der plasmonisch aktiven Struktur ein Spektrometer eingesetzt werden.
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Für die Bestimmung der Extinktionswerte der optisch transparenten Referenzmedien mit bekannter Brechzahl und der nachfolgenden Messungen der optisch transparenten Medien mit unbekannter Brechzahl sollte die Intensität I0 des auf die optisch transparenten Medien gerichteten monochromatischen Lichts stets konstant sein. Ferner sollte die von dem Licht durchstrahlte Schichtdicke der metallischen optisch transparenten Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung zur Ausbildung lokalisierter Oberflächenplasmonen sowie die von dem Licht durchstrahlte Gesamtschichtdicke bekannt sein, die in Strahlrichtung von der metallischen optisch transparenten Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung zur Ausbildung lokalisierter Oberflächenplasmonen und dem jeweiligen optisch transparenten Medium gebildet wird. Für den Fall, dass fluide optisch transparente Medien eingesetzt werden, kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Extinktionskoeffizienten sowie die Stoffmengenkonzentrationen der fluiden optisch transparenten Medien bekannt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass unter der Bezeichnung Brechzahl und Brechungsindex stets die optische Brechzahl bzw. der optische Brechungsindex eines optisch transparenten Mediums zu verstehen ist, so dass der Zusatz „optisch” im Folgenden weggelassen wird.
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Sind die brechzahlabhängigen Referenzwerte bzw. Referenzgeraden bekannt, so kann die Brechzahl und/oder eine Veränderung der Brechzahl des mindestens einen optisch transparenten Mediums mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl aus der Differenz der für das optisch transparente Medium mit bekannter Brechzahl transmittierten Intensität I1 und der für das optisch transparente Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl transmittierten Intensität I2 und/oder aus der Differenz der aus den transmittierten Intensitäten I1 und I2 bestimmten Extinktionen ermittelt werden.
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Insbesondere zur Vermeidung von Messfehlern, die z. B. durch Schwankungen der Intensität I0 des monochromatischen Lichts hervorgerufen werden, kann die Normierung der jeweils ermittelten Intensitäten I1 und I2 mittels nachstehender Gleichung (1) vorgesehen sein, wobei ein für die jeweilige Wellenlänge abhängiger Positionswert Pλ der maximalen Lichttransmission zwischen beiden Detektoren erhalten wird. Pλ = (I1 – I2)/(I1 + I2) (1)
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Zur Bestimmung von Positionsgeraden von optisch transparenten Referenzmedien, deren Brechzahl bekannt ist, können im vorgegebenen Wellenlängenbereich diese Normierungen auch für transmittierte Intensitäten I1 und I2 für mindestens zwei verschiedene Wellenlängen monochromatischen Lichts aus dem vorgegebenen Wellenlängenbereich mit linearem – Extinktionsanstieg oder – abfall durchgeführt werden, wobei für jedes optisch transparente Referenzmedium mindestens zwei wellenlängenabhängige Positionswerte Pλ bestimmt werden, die zu einer Positionsgeraden verbunden werden können. Solche Positionsgeraden können im vorgegebenen Wellenlängenbereich auch für optisch transparente Medien mit bekannter Brechzahl und optisch transparente Medien mit unbekannter Brechzahl erfasst werden. Bei der Kalibrierung der jeweiligen Positionsgeraden sollten die Brechzahlen der optisch transparenten Medien konstant gehalten werden. Dabei ist es weiterhin nicht ausgeschlossen, dass Positionsgeraden für optisch transparente Medien erfasst werden können, bei denen die Brechzahl unbekannt ist. Positionsgeraden ermöglichen eine Approximation über den gesamten vorgebbaren Wellenlängenbereich und zeigen ebenso eine lineare Abhängigkeit auf, wenn der eingesetzte Wellenlängenbereich auf einen linearen Extinktionsanstieg oder -abfall der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz abgestimmt wird. Brechzahländerungen im optisch transparenten Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl können durch Abweichungen des Positionswertes Pλ von einer Positionsgeraden, die durch eine Referenzmessung mit bekannten Brechungsindizes ermittelt wurde, erfasst werden. Diese Messung kann bei verschiedenen Wellenlängen des vorgegebenen Wellenlängenbereiches mit linearem Extinktionsanstieg oder -abfall des monochromatischen Lichts erfasst werden, wodurch eine hohe Flexibilität für die Auswahl der Anregungswellenlänge, d. h. der Wellenlänge des eingestrahlten monochromatischen Lichts gegeben ist.
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Als optische Detektoreinheit können vorzugsweise aneinandergrenzende Photodioden eingesetzt werden, wobei eine erste Photodiode dem optisch transparenten Medium mit bekannter Brechzahl und mindestens eine zweite Photodiode dem optisch transparenten Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl lokal zugeordnet ist. Dabei sollte die Länge der aneinandergrenzenden Photodioden bzw. die flächige Ausdehnung des detektierenden Bereichs bekannt sein.
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In einer Ausführungsform können mehrere der Photodioden in einer Photodiodenzeile in Reihenanordnung angeordnet sein.
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Es sollte darauf geachtet werden, dass die optisch transparenten Medien bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens so angeordnet sind, dass sie in Strahlungsrichtung des monochromatischen Lichts nicht übereinander liegen.
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Eine Sensor-Minimalkonfiguration bzw. Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann demzufolge bereits mit zwei Photodioden und einer zwischen den Photodioden und den beiden optisch transparenten Medien (Referenz mit bekannter Brechzahl und Probe) ausgebildeten plasmonisch aktiven, strukturierten metallischen Schicht realisiert sein. Die plasmonisch aktive Oberflächenstrukturierung kann dabei mit Durchbrechungen und/oder Erhebungen gebildet sein, die unterschiedlich dimensioniert sind und in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sein können.
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Zur Emission von monochromatischem Licht kann eine künstliche Lichtquelle mit veränderbaren Wellenlängen innerhalb eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs verwendet werden. Eine solche Lichtquelle kann mit mindestens zwei, vorzugsweise mehreren Dioden realisiert sein, die zur Emission von monochromatischem Licht verschiedener Wellenlängen geeignet sind, wobei das Licht der Dioden innerhalb eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs verteilt sein sollte. Die Dioden sollten einzeln ansteuerbar sein, um jeweils gleichzeitig eine Emission monochromatischen Lichts nur einer Wellenlänge zu ermöglichen. Es ist allerdings auch eine Kombination von Dioden und optischen Filtern denkbar. In diesem Fall könnte auf normale Dioden zurückgegriffen werden, die ein breites Wellenlängenemissionsspektrum aufweisen. Es können jedoch auch weitere Lichtquellen eingesetzt werden.
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Vorzugsweise können die Lichtquelle oder entsprechende optische Filter so ausgebildet sein, dass monochromatisches Licht auf die optisch transparenten Medien gerichtet werden kann, das in seiner Wellenlänge schrittweise innerhalb eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs veränderbar ist. Bei einem Messvorgang sollte nur monochromatisches Licht einer Wellenlänge auf die optisch transparenten Medien gerichtet werden. Beide optisch transparenten Medien sollten daher möglichst gleichzeitig mit monochromatischem Licht einer Wellenlänge bestrahlt werden.
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Als optisch transparentes Medium mit bekannter Brechzahl kann eine Flüssigkeit, eine Gelmatrix oder ein Festkörper verwendet werden. Insbesondere bei der Sensor-Minimalkonfiguration kann als optisch transparentes Medium mit bekannter Brechzahl als Referenz ein auf der Oberfläche der metallischen Schicht aufgebrachter Wassertropfen verwendet werden.
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Es kann als optisch transparentes Medium mit bekannter Brechzahl aber auch ein Glasmaterial oder ein transparenter Kunststoff, vorzugsweise PDMS (Polydimethylsiloxan) verwendet werden, der direkt auf der Oberfläche der metallischen optisch transparenten Schicht mit plasmonisch resonanter Oberflächenstruktur aufliegt. Es ist weiterhin denkbar, dass eine metallische optisch transparente Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung eingesetzt wird, die als Beschichtung direkt auf einer Oberfläche des optisch transparenten Mediums mit bekannter Brechzahl aufgebracht ist. Es kann auch ein aus dem genannten Kunststoff oder Glas gebildetes optisch transparentes Medium eingesetzt werden, das einen Freiraum aufweist, in dem eine flüssiges, gelartiges oder festes optisch transparentes Medium mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl gehalten oder eingesetzt werden kann. Der Freiraum kann mikrofluidisch gestaltet sein, so dass er von einem optisch transparenten Medium durchströmt werden kann. Für einen Probendurchfluss kann das optisch transparente Medium auch dafür vorgesehene Anschlüsse aufweisen.
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Die metallische optisch transparente Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung zur Ausbildung lokalisierter Oberflächenplasmonen kann auf der den optisch transparenten Medien zugewandten Seite eine chemische Modifikation und/oder eine Funktionalisierung mit Molekülen oder Molekülteilen aufweisen, die eine Anbindung von Analytmolekülen ermöglichen, die im optisch transparenten Medium enthalten sein können oder dem optisch transparenten Medium über ein mikrofluidisches System zugeführt werden. Ferner kann die metallische Schicht auch Immobilisierungen von Molekülen oder Molekülteilen aufweisen, die auf einer der optisch transparenten Medien zugewandten Seite exponiert sind und sich somit in Strahlungsrichtung des monochromatischen Lichts zwischen den optisch transparenten Medien und der optisch transparenten Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung zur Ausbildung lokalisierter Oberflächenplasmonen befinden.
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Es kann ferner eine Sensoranordnung eingesetzt werden, bei der auf der Oberfläche der metallischen optisch transparenten Schicht mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung zur Ausbildung lokalisierter Oberflächenplasmonen nebeneinander mehrere optisch transparente Medien aufgebracht werden und/oder durch mehrere getrennt voneinander liegende mikrofluidische Strukturen strömen, wobei jedem optisch transparenten Medium eine Photodiode zugeordnet sein kann, so dass ein paralleles Erfassen der jeweils durch die mehreren optisch transparenten Medien transmittierten Intensitäten (I1, I2, ..., In) gleichzeitig oder nacheinander realisiert werden kann.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Sensoranordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2: mehrere Extinktionsspektren eines dünnen Metallfilmes mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung in Medien mit verschiedenen Brechungsindizes;
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3: ein Diagramm von Positionsgeraden verschiedener optisch transparenter Medien und
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4: ein Diagramm, in dem die lineare Abhängigkeit der Resonanzwellenlängenänderung gegenüber der Änderung des Brechungsindex aufgezeigt ist, und die lineare Abhängigkeit zwischen der Änderung des Anstieges der Positionsgeraden (unter Änderung der Anregungswellenlängen des monochromatischen Lichts) und der Änderung der Brechzahl n bei Betrachtung eines optisch transparenten Mediums mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl gegenüber einem optisch transparenten Medium mit bekannter Brechzahl
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Die 1 zeigt ein Beispiel einer Sensoranordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen von optischen Brechzahlen oder deren Änderungen. Im vorliegenden Beispiel wird als optisch transparentes Medium mit bekannter Brechzahl 1 eine aus PDMS (Polydimethylsiloxan) 50 gebildete Schicht mit den Abmaßen (L × B × H) 20 mm × 22 mm × 3,5 mm und einer Brechzahl n = 1.4225 verwendet. Das PDMS 50 weist einen zylindrischen Freiraum 2.1 mit einem Durchmesser von 10 mm auf, in dem eine weitere optisch transparente Probe 2 eingefüllt werden kann. In Strahlrichtung 6 einer nicht gezeigten Lichtquelle zur Emission von monochromatischem Licht ist hinter dem PDMS 50 eine auf einem Glassubstrat 4 ausgebildete optisch transparente Goldschicht 3 mit plasmonisch aktiver Oberflächenstrukturierung angeordnet. Die Goldschicht 3 weist eine Dicke von 25 nm sowie eine unregelmäßige Strukturierung in Form von unregelmäßig angeordneten Durchbrechungen 3.1 auf. Das Bezugszeichen 5 kennzeichnet eine an dem Glassubstrat 4 flächig angrenzende optische Detektoreinheit, die im vorliegenden Beispiel mit zwei Photodioden 5.1 und 5.2 gebildet ist, wobei die erste Photodiode 5.1 über ihre gesamte Detektionsfläche von dem PDMS 50 überdeckt ist und die Detektionsfläche der zweiten Photodiode 5.2 vollständig von der in dem Freiraum 2.1 des PDMS 50 enthaltenen optisch transparenten Probe überdeckt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im vorliegenden Beispiel so vorgegangen, dass das monochromatische Licht mit einer Intensität I0 mehrerer Wellenlängen nacheinander in Pfeilrichtung 6 auf verschiedene optisch transparente Medien (Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30, Glykol 40), die jeweils verschiedene Brechzahlen aufweisen, gerichtet wird. Dabei wird das in die optischen Medien eingekoppelte Licht durch die Goldschicht 3 transmittiert und die transmittierten Intensitäten für jedes optisch transparente Medium (Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30, Glykol 40, PDMS 50) mit den Photodioden 5.1 bzw. 5.2 erfasst.
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Die 2 zeigt mehrere anhand der durch die Goldschicht 3 transmittierten Intensitäten bestimmten Extinktionsspektren, die für die transmittierten Intensitäten der optisch transparenten Medien Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30, Glykol 40 sowie PDMS 50 im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 800 nm ermittelt wurden. Dabei wurde zur Anregung eine Weißlichtquelle und zur Messung ein Spektrophotometer verwendet. Mit der gestrichelten Umrandung ist dabei der Wellenlängenbereich W eingegrenzt, in dem die Extinktionen der betrachteten optischen Medien im Wesentlichen linear ansteigen. Im vorliegenden Beispiel wurde der Wellenlängenbereich W mit linear anteigenden Intensitäten im Bereich von 620 nm bis 640 nm bestimmt und in diesem Wellenlängenbereich W die Referenzwerte der transmittierten Intensitäten für die optisch transparenten Medien Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30, Glykol 40 sowie PDMS 50 erfasst.
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Messungen der transmittierten Intensitäten I1 (Referenz PDMS) und I2 (im Freiraum 2.1 vorhandene Probe) wurden jeweils für die optisch transparenten Medien Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30 und Glykol 40 für verschiedene Wellenlängen monochromatischen Lichts innerhalb des vorgegebenen Wellenlängenbereichs zwischen 620 nm bis 640 nm durchgeführt. Dabei wurden zur Bestimmung von Positionsgeraden für PDMS/Luft, PDMS/Wasser, PDMS/Wasser-Glykol-Gemisch 30 und PDMS/Glykol für jede Wellenlänge des monochromatischen Lichts im vorgegebenen Wellenlängenbereich 620 nm bis 640 nm ein Positionswert (Pλ) der maximalen Lichttransmission zwischen beiden Detektoren aus den jeweils gemessenen transmittierten Intensitäten I1 und I2 nach Gleichung (2) berechnet. Pλ = (I1 – I2)/(I1 + I2)·D·A (2)
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Dabei ist A ein Skalierungsfaktor und D die absolute Länge der nebeneinander angeordneten Photodioden 5.1 und 5.2, wobei zwischen den aneinander grenzenden Photodioden 5.1 und 5.2 eine Nulllinie (nicht gezeigt) gebildet ist, anhand der, wie dem Diagramm in 3 zu entnehmen ist, ein ermittelter relativer Positionswert bzw. ein Abstand der relativen Position zur Nulllinie aufgetragen wird. Brechzahländerungen der fluiden optisch transparenten Medien (Luft 10, Wasser 20, Wasser-Glykol-Gemisch 30, Glykol 40) können durch Abweichungen des jeweils ermittelten Positionswertes Pλ von der jeweiligen Positionsgerade bei verschiedenen Wellenlängen des monochromatischen Lichts erfasst werden. Änderungen der Brechzahl eines betrachteten Probenmediums können daher durch wiederholte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst werden.
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Die 4 zeigt die lineare Abhängigkeit zwischen der Änderung des Anstieges der Positionsgeraden (unter Änderung der Anregungswellenlängen des monochromatischen Lichts) und der Änderung der Brechzahl n bei Betrachtung eines optisch transparenten Mediums mit unbekannter und/oder veränderlicher Brechzahl gegenüber einem optisch transparenten Medium mit bekannter Brechzahl, ermittelt in einem Wellenlängenbereich mit linearem Anstieg zwischen 620 nm bis 640 nm. Zudem wird die Verschiebung der Resonanzwellenlänge der lokalisierten Oberflächenplasmonen im Bereich von 630 nm zu 660 nm in Abhängigkeit des Brechungsindizes gezeigt.
