TWI637162B - Radial polarized light surface plasma excitation device - Google Patents

Abstract

一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，解決習知用在待測金屬膜前聚焦之透鏡因有較大之入射角需求時，通常是採用高數值孔徑之浸沒式顯微物鏡，因而導致造價昂貴的問題，故在表面電漿激發裝置改用反光罩取代顯微物鏡，利用反光罩在光束入射後經二次曲面反射，相對能提供光束以較大的入射角入射於待測之金屬膜藉以產生表面電漿激發，藉此構成本發明。

Description

徑向偏極光之表面電漿激發裝置

本發明係有關一種光學裝置，尤指一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置。

如第7圖所示，為習用之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，係由一雷射產生器91發出雷射光束911，雷射光束911會經一徑向偏振轉換器92而產生徑向偏振的效果，起偏後的雷射光束911再經物鏡93而在金屬膜94表面反射而產生表面電漿共振現象，反射後的雷射光束911回到物鏡93後，便在影像感測器95上有成像圖，以顯示表面電漿共振時之光強驟降現象，常見應用在生醫領域之檢測。為求檢測的結果達到預期的精準度，前述雷射光束911在金屬膜94表面反射前所通過之物鏡93，有良好的精密度與穩定度要求，特別是高數值孔徑的要求(為了達到高數值孔徑，通常採用浸沒式顯微物鏡)，也因此有著造價昂貴的問題。

如第8圖所示，係以前述之習用表面電漿激發裝置之基礎下，將其物鏡93以一雙凸透鏡961、962所組成之透鏡組96取代，而利用雙次聚焦將平行光束以大入射角聚焦在金屬膜94，藉此以較低的價格達成前述物鏡93之功能。然而，光線在經前述透鏡組96之凸透鏡961、962折射的角度，對應較大折射率範圍的待測物，受限於凸透鏡961、962本身聚焦效 果尚無法提供足夠大的表面電漿激發之入射角條件，因而限制整個表面電漿激發裝置的可行性與用途。

因此，如何解決前述表面電漿激發裝置之問題者，即為本發明之重點所在。

本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，主要就相同之規格而言，反光罩能提供光束以較大的入射角入射於待測金屬膜，故當需要較大的入射角時，能以反光罩解決透鏡組在表面電漿激發裝置所提供入射角限制的問題。

為達前述之目的，本發明提供一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，包括：一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，包括：一光源，由一徑向偏極光產生單元將該光源轉換為徑向偏極光之一光束，依該光束繼續行進的路徑再穿透一分光鏡，且在該光束於該分光鏡部分穿透的路徑設一反光罩，並在該光束於該分光鏡部分反射的方向設一影像感測器；其中，該反光罩內凹而形成一二次曲面和一開口，該開口面向該光束行進的方向，待測之金屬膜在該反光罩之開口處的中心位置設在一玻璃基板的一側而面向該分光鏡，該光束平行進入該反光罩內，遇前述二次曲面而往該玻璃基板的方向反射，且以相同的入射角聚焦在該金屬膜以形成一聚焦點，任一光束參考前述聚焦點垂直該金屬膜的法線之入射角和反射角有著相同的角度，且所述入射角提供足夠大的角度範圍在該金屬膜表面形成表面電漿激發之全反射現象。

其中，該反光罩在前述內凹所形成之空間內以一透明材料體填滿，此述透明材料體之折射率介於1.3至1.8之間。

其中，該透明材料體為透明光學膠，其折射率以1.51為最佳。

其中，該二次曲面為拋物面。

另一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，包括：一光源，由一徑向偏極光產生單元將該光源轉換為徑向偏極光之一光束，依該光束繼續行進的路徑再穿透一分光鏡，且在該光束於該分光鏡部分穿透的路徑設一透明材料體，該透明材料體有一外凸且呈二次曲面之表面和一平面，在該表面有一反射鍍膜，並在該光束於該分光鏡部分反射的方向設一影像感測器；其中，該反射鍍膜隨該表面而形成一內凹之二次曲面，該平面則面向該光束行進的方向，待測之金屬膜在該平面的中心位置設在該平面而面向該分光鏡，該光束平行進入該透明材料體且遇該反射鍍膜內凹之二次曲面而往該金屬膜的方向反射，且以相同的入射角聚焦在該金屬膜以形成一聚焦點，任一光束參考前述聚焦點垂直該金屬膜的法線之入射角和反射角有著相同的角度，且所述入射角提供足夠大的角度範圍在該金屬膜表面形成表面電漿激發之全反射現象。

其中，該光源係一光源產生器所發出之準直光源，且該光源經一空間光濾波器和該徑向偏極光產生單元而形成該光束；該徑向偏振光產生單元包括一徑向偏振轉換器，依該光束的路徑，該徑向偏振轉換器設在該分光鏡前，且該徑向偏振轉換器可設在該空間光濾波器前或後。

其中，該光源產生器為一雷射產生器，該光束為其發出準直之雷射光束；或者，該光源產生器有一白光光源和一色彩濾波片所組成，由該白光光源發光並穿透該色彩濾波片，以形成該光束；或者，該光源產生器為一白光光源，以形成該光束。

本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。

當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。

(習用部分)

91‧‧‧雷射產生器

911‧‧‧雷射光束

92‧‧‧徑向偏振轉換器

93‧‧‧物鏡

94‧‧‧金屬膜

95‧‧‧感測器

96‧‧‧透鏡組

961‧‧‧凸透鏡

962‧‧‧凸透鏡

(本發明部分)

1‧‧‧光源產生器

11‧‧‧光束

2‧‧‧徑向偏振轉換器

3‧‧‧空間光濾波器

5‧‧‧分光鏡

6‧‧‧反光罩

61‧‧‧二次曲面

62‧‧‧開口

63‧‧‧透明材料體

64‧‧‧空間

65‧‧‧半球稜鏡

7‧‧‧影像感測器

8‧‧‧金屬膜

81‧‧‧玻璃基板

11’‧‧‧光束

111’‧‧‧光束

112’‧‧‧光束

L1‧‧‧法線

L2‧‧‧法線

θ 1‧‧‧入射角

θ 2‧‧‧反射角

θ 3‧‧‧入射角

θ 4‧‧‧反射角

6A‧‧‧反射鍍膜

61A‧‧‧二次曲面

63A‧‧‧透明材料體

631A‧‧‧表面

632A‧‧‧平面

第1圖係本發明之第一實施例之表面電漿激發裝置之配置示意圖，圖中係以透明材料體為介質。

第2圖係第1圖於反光罩處之光束反射狀態之局部放大示意圖。

第3圖係本發明之第二實施例之表面電漿激發裝置之配置示意圖，圖中無透明材料體而僅為空間。

第4圖係本發明之實際操作時，在影像量測器所獲得表面電漿共振之成像圖。

第5圖係本發明之第三實施例之表面電漿激發裝置之配置示意圖，圖中係以透明材料體為介質，且反射鍍膜成型在透明材料體之表面。

第6圖係第5圖於反光罩之圈處的局部放大圖。

第7圖係習知一種表面電漿激發裝置之示意圖，圖中設置於金屬膜前為物鏡。

第8圖係習知另一種表面電漿激發裝置之示意圖，圖中設置於金屬膜前為透鏡組。

請參閱第1圖至第6圖，圖中所示者為本發明所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。

本實施例提供一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，所選用之較佳實施例，如第1圖所示，包括一光源產生器1、一徑向偏振轉換器2、一空間光濾波器3、一分光鏡5、一反光罩6及一影像感測器7，所述徑向偏振轉換器2，屬於一徑向偏極光產生單元。

如第1圖所示，光源產生器1可發出一光源11，此光源11係經準直校正，且光源11經空間光濾波器3和該徑向偏極光產生單元而分成一光束11’。於本實施例中，屬於該徑向偏極光產生單元的徑向偏振轉換器2在空間光濾波器3後方，且徑向偏振轉換器2設在分光鏡5前方，故在該光束11’產生後，依該光束11’繼續行進的路徑依序穿透徑向偏振轉換器2及分光鏡5，且在光束11’於分光鏡5部分穿透的路徑設反光罩6，並在光束11’於分光鏡5部分反射的路徑設影像感測器7。

再請詳見第2圖，反光罩6呈內凹狀，故於反光罩6內形成一二次曲面61和一開口62，此述之二次曲面61於本實施例中為拋物面，開口62面向光束11’行進的方向，待測之金屬膜8在反光罩6之開口62處的中心位置設在一玻璃基板81的一側而面向分光鏡5。該光束11’平行進入反光罩6內，遇前述二次曲面61而往玻璃基板81的方向反射，且以相同的入射角聚焦在金屬膜8以形成一聚焦點後反射，任一光束11’參考前述聚焦點垂直金屬膜8的法線L1之入射角θ 1和反射角θ 2有著相同的角度，且法線L2之入射角θ 3和反射角θ 4亦有著相同的角度，且所述入射角θ 1提供足夠大的角度範圍，而可在金屬膜8表面形成表面電漿激發之全反射現象。

本實施例中，光源產生器1為一雷射產生器，前述光束11’為其發出準直之雷射光束。

於本實施例中，反光罩6在前述內凹所形成之空間內以透明材料體63填滿，此述透明材料體63之折射率介於1.3至1.8之間，且透明材料體63之折射率以1.51為最佳。此透明材料體63，例如光學膠。此外，如第3圖所示，為本發明之第二實施例，其中的反光罩6內並無透明材料體63，即反光罩6內僅其內凹所形成之空間64，此時折射率約為1，於金屬膜之基板前設置一半球稜鏡65。

本發明所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，於前述之實施例中，係由光源產生器1發出光源11，光源11在穿經徑向偏振轉換器2後，再穿經空間光濾波器3而擴束形成準直之該光束11’，該光束11’接著穿經分光鏡5後，被分光鏡5分成二部分穿透的光束111’和二部分反射的光束112’，該二部分穿透的光束111’經反光罩6及透明材料體63聚焦在金屬膜8的表面，而如前所述在金屬膜8表面形成表面電漿激發之全反射現象，且經反射回到分光鏡5再次反射在影像感測器7上記錄影像。如第4圖所示，為本發明之表面電漿激發裝置實際操作時，由影像感測器所獲得表面電漿共振之成像圖，以茲證明本發明之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，為可據以實現。

承上，當光束111’進入反光罩6時，是由二次曲面61以反射的方式入射至金屬膜8，相較於習知使用透鏡組者，由於透鏡組是以折射的方式改變光束之行進方向，進而讓光束111’得以入射至金屬膜8，就相同之規格而言，如以穿透分光鏡5的光束111’具寬度相同之情形為例，反光罩相對於習知透鏡組，能提供光束以較大的入射角入射於金屬膜8。故由上述之說明不難發現本發明之優點在於，若當需要較大的入射角時，但又不希望受限於表面電漿激發裝置的角度限制，能以裝設反光罩而解決表面電漿激發裝置之入射角度限制的問題。

當然，本發明仍存在許多例子，其間僅細節上之變化。在第一、二實施例中，該徑向偏極光產生單元之徑向偏振轉換器2，是設在空間光濾波器3之後，惟徑向偏振轉換器2也可以設在空間光濾波器3之前(圖中未示)，而在光源產生器1所產生之光源穿經徑向偏振轉換器2之後，再由空間光濾波器3產生該光束11’，同樣可達成和前述實施例相同之功效。再者，光源產生器亦可為白光光源和色彩濾波片所組成(圖中未示)，由該白光光源發光並穿透該色彩濾波片，以形成如前述實施例之光源11的光束11’；或者，光源產生器亦可為白光光源，以形成光束11’，同樣可達成和前述實施例相同之功效。

又如第5至6圖所示，為本發明之第三實施例，和前述之實施例的主要差異在於，本實施例中有一功能和前述實施例之反光罩6相同之反射鍍膜6A，係在該光束11’於分光鏡5部分穿透的路徑設透明材料體63A(例如以前述反光罩6為模具而成型)，透明材料體63A有一外凸且呈二次曲面之表面631A和一平面632A，反射鍍膜6A形成在表面631A，此反射鍍膜6A於本實施例中，係以塗佈方式而成型於表面631A。

第三實施例之反射鍍膜6A，隨表面631A而形成內凹之二次曲面61A，平面632A則面向光束11’行進的方向，待測之金屬膜8在平面632A的中心位置設在該平面632A而面向分光鏡5，該光束11’平行進入透明材料體63A且遇反射鍍膜6A內凹之二次曲面61A而往金屬膜8的方向反射，且以相同的入射角聚焦在金屬膜8，以達到如前述實施例中可在金屬膜8表面形成表面電漿激發之全反射現象。

以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。

Claims (10)

1. 一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，包括：一準直光源，由一徑向偏極光產生單元將該準直光源轉換為徑向偏極光之一光束，依該光束繼續行進的路徑依序再穿透一分光鏡，且在該光束於該分光鏡部分穿透的路徑設一反光罩，並在該光束於該分光鏡部分反射的方向設一影像感測器；其中，該反光罩內凹而形成一二次曲面和一開口，該開口面向該光束行進的方向，待測之金屬膜在該反光罩之開口處的中心位置設在一玻璃基板的一側而面向該分光鏡，該光束平行進入該反光罩內，遇前述二次曲面而往該玻璃基板的方向反射，且以相同的入射角聚焦在該金屬膜以形成一聚焦點，任一光束參考前述聚焦點垂直該金屬膜的法線之入射角和反射角有著相同的角度，且所述入射角提供足夠大的角度範圍在該金屬膜表面形成表面電漿激發之全反射現象。
2. 依請求項1所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該反光罩在前述內凹所形成之空間內以一透明材料體填滿，此述透明材料體之折射率介於1.3至1.8之間。
3. 依請求項2所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該透明材料體為透明光學膠，其折射率以1.51為最佳。
4. 依請求項1所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該二次曲面為拋物面。
5. 一種徑向偏極光之表面電漿激發裝置，包括：一準直光源，由一徑向偏極光產生單元將該準直光源轉換為徑向偏極光之一光束，依該光束繼續行進的路徑再穿透一分光鏡，且在該光束於該分光鏡部分穿透的路徑設一透明材料體，該透明材料體有一外凸且呈二次曲面之表面和一平面，在該表面有一反射鍍膜，並在該光束於該分光鏡部分反射的方向設一影像感測器；其中，該反射鍍膜隨該表面而形成一內凹之二次曲面，該平面則面向該光束行進的方向，待測之金屬膜在該平面的中心位置設在該平面而面向該分光鏡，該光束平行進入該透明材料體且遇該反射鍍膜內凹之二次曲面而往該金屬膜的方向反射，且以相同的入射角聚焦在該金屬膜以形成一聚焦點，任一光束參考前述聚焦點垂直該金屬膜的法線之入射角和反射角有著相同的角度，且所述入射角提供足夠大的角度範圍而可在該金屬膜表面形成表面電漿激發之全反射現象。
6. 依請求項5所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該透明材料體之折射率介於1.3至1.8之間。
7. 依請求項6所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該透明材料體為透明光學膠，其折射率以1.51為最佳。
8. 依請求項5所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該二次曲面為拋物面。
9. 依請求項1至8任一項所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該準直光源係一光源產生器所發出，且該準直光源經一空間光濾波器和該徑向偏極光產生單元而形成該光束；該徑向偏振光產生單元包括一徑向偏振轉換器，依該光束的路徑，該徑向偏振轉換器設在該分光鏡前，且該徑向偏振轉換器可設在該空間光濾波器前或後。
10. 依請求項9所述之徑向偏極光之表面電漿激發裝置，其中，該光源產生器為一雷射產生器，該光束為其發出準直之雷射光束；或者，該光源產生器有一白光光源和一色彩濾波片所組成，由該白光光源發光並穿透該色彩濾波片，以形成該光束；或者，該光源產生器為一白光光源，以形成該光束。