激光表面等离子体共振系统光学扫描装置

摘要

本发明公开了激光表面等离子体共振系统光学扫描装置，包括有作为光源的半导体激光器，其正前方依次保持有预定间距的设有平凸透镜、偏振镜、振镜，所述平凸透镜、偏振镜、振镜相互之间以及与半导体激光器之间的位置关系为让半导体激光器发射出来的光聚焦在振镜的中心位置，在振镜的正下方设有透镜组，振镜的位置是在透镜组物方的二倍焦距位置处，在透镜组像方的单倍焦距处放置有反射镜，所述反射镜与透镜组中心成45度角，还包括有棱镜，棱镜中心在透镜组透镜像方二倍焦距处，在棱镜的另一侧与反射镜对称设置有光电传感器。本装置采用半导体激光器和振镜，加上其他透镜的巧妙组合，使整个体积大大缩小，振镜的转动速度更快，可以满足样品动力学分析的需要。

权利要求

1.激光表面等离子体共振系统光学扫描装置，其特征在于：包括有作为光源的半导体激光器（1），其正前方依次保持有预定间距的设有平凸透镜（10）、偏振镜（2）、振镜（3），所述平凸透镜（10）、偏振镜（2）、振镜（3）相互之间以及与半导体激光器（1）之间的位置关系为让半导体激光器（1）发射出来的光聚焦在振镜（3）的中心位置，在振镜（3）的正下方设有透镜组（4），振镜（3）的位置是在透镜组（4）物方的二倍焦距位置处，在透镜组（4）像方的单倍焦距处放置有反射镜（7），所述反射镜（7）与透镜组（4）中心成45度角，还包括有柱面棱镜（8），柱面棱镜（8）中心在透镜组（4）透镜像方二倍焦距处，在柱面棱镜（8）的另一侧与反射镜（7）对称设置有光电传感器（9）；在所述柱面棱镜（8）中心位置表面镀有金膜层。

2.如权利要求1所述的激光表面等离子体共振系统光学扫描装置，其特征在于：所述透镜组（4）包括双凸透镜（41）、第一单凸透镜（42）、第二单凸透镜（43）。

说明书

激光表面等离子体共振系统光学扫描装置

技术领域

[0001] 本发明是涉及到光学扫描装置，尤其是一种激光表面等离子体共振系统光学扫描装置。

背景技术

[0002] 表面等离子体共振是一种金属表面自由电子的一种团体运动。一束光从光密介质射向光疏介质，当大于临界角入射时，会在两介质界面发生全反射。但在界面处，光波的电场强度并不马上变为零，而是部分进入光疏介质。这是因为存在消逝波，使得光强在界面部分随透射深度的增加呈指数衰减。在与测试溶液相接的玻璃棱镜表面涂以高反射率的金属薄膜，入射光透过棱镜照射到金膜上，激发金属与界面上的电子产生电荷振荡，进而形成表面等离子体。消逝波能与等离子体发生能量耦合，产生共振，入射光的能量则大部分转移到等离子体上，导致反射光的能量急剧降低，能量最低点所对应的入射角即为SPR角。各种物质对应SPR角度是不同的，因此需要一种光学扫描装置。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种光学扫描装置，专用于激光表面等离子体共振检测。

[0004] 为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：激光表面等离子体共振系统光学扫描装置，包括有作为光源的半导体激光器，其正前方依次保持有预定间距的设有平凸透镜、偏振镜、振镜，所述平凸透镜、偏振镜、振镜相互之间以及与半导体激光器之间的位置关系为让半导体激光器发射出来的光聚焦在振镜的中心位置，在振镜的正下方设有透镜组，振镜的位置是在透镜组物方的二倍焦距位置处，在透镜组像方的单倍焦距处放置有反射镜，所述反射镜与透镜组中心成45度角，还包括有柱面棱镜，柱面棱镜中心在透镜组透镜像方二倍焦距处，在柱面棱镜的另一侧与反射镜对称设置有光电传感器。

[0005] 本发明的工作原理为：本装置是专用于激光表面等离子体共振检测的光学扫描，本装置采用半导体激光器为光源，通过控制振镜转角，改变柱面棱镜的入射角。通过各种透镜等元件，并将光束耦合进传感器。传感器将被检测物的折射率或厚度信息或其变化转换成共振条件(共振角或共振波长)及其变化。光强和角度信息由数据处理系统采集分析，并最终获得被检测物的物理量。采用半导体激光器和振镜，使整个装置体积大大缩小，振镜的转动速度更快，可以满足样品动力学分析的需要。

[0006] 所述透镜组包括双凸透镜、第一单凸透镜、第二单凸透镜。

[0007] 在所述柱面棱镜中心位置表面镀有金膜层。样品经过金膜时，则会使光强发生变化，将信号直接传到光电传感器，得出样品折射率。

[0008] 本发明中各个部件的作用说明如下：

[0009] 1)半导体激光器：提供适当波长及接近线偏振激光束的光源

[0010] 2)偏振镜：改善激光束的线偏振特性

[0011] 3)平凸透镜：聚焦，改变激光束的束腰位置；使光学系统可以在结构不变的情况下更换不同材料的柱面镜

[0012] 5)振镜：一定角度的激光扫描

[0013] 6)三片式透镜组：使扫描光束经过透镜组后汇聚于一点；减少像差，降低光斑形变

[0014] 7)反射镜：提供合适的光束入射角度，使扫描光束基本沿径向入射柱面棱镜[0015] 8)柱面棱镜：载体，使入射光束于平面发生全反射；使入射光束在柱面棱镜内于扫描方向的发散角最小，接近平行。

[0016] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：本装置采用半导体激光器和振镜，加上其他透镜的巧妙组合，使整个体积大大缩小，振镜的转动速度更快，可以满足样品动力学分析的需要。

附图说明

[0017] 图1为本发明原理结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

[0020] 实施例：

[0021] 请参阅图1所示，激光表面等离子体共振系统光学扫描装置，包括有作为光源的半导体激光器1，其正前方依次保持有预定间距的设有平凸透镜10、偏振镜2、振镜3，平凸透镜10、偏振镜2、振镜3之间以及与半导体激光器1距离要求：振镜3的位置是固定的，然后根据平凸透镜10焦距，调整平凸透镜10偏振镜2，半导体激光器1的距离，调整让半导体激光器1出来的光刚好聚焦到振镜3的中心，在振镜3的正下方设有透镜组4，振镜3的位置是在透镜组4物方的二倍焦距位置处，在透镜组4像方的单倍焦距处放置反射镜7，反射镜7与透镜组4中心成45度角，还包括有柱面棱镜8，柱面棱镜8中心在透镜组4透镜像方二倍焦距处，在柱面棱镜8的另一侧与反射镜7对称设置有光电传感器9。

[0022] 透镜组4由双凸透镜41、第一单凸透镜42、第二单凸透镜43组成。

[0023] 在棱镜8中心位置表面镀有金膜层。

[0024] 根据透镜成像关系，在2倍焦距处的物将在像方2倍焦距处成等大像，基于这一关系，假定振镜放置透镜的的物方2f处，则其像将在像方2f’处会聚。为了改变柱面棱镜入射角，在f’处放置反射镜，同时，将柱面棱镜中心置于2f’处，使入射光能通过半球柱面棱镜，保证光束通过柱面棱镜中心。只要柱面棱镜入射角大于临界角，则可发生全反射。在柱面棱镜中心位置表面镀上金膜，测量液经过金膜时，则会使光强发生变化，将信号直接传到光电传感器，得出样品折射率。

[0025] 请参阅图2所示，使用中，将样品池5放置在柱面棱镜8上，本实施例部件的说明如下：

[0026] 1、柱面棱镜

[0027] 侧面为半圆的柱面棱镜，曲率半径31.2mm，扫描光线沿径向入射，最后到达圆心位置再反射。

[0028] 2、光斑位置

[0029] 振镜振动范围±5度，由系统的光线几何追迹来看，光斑中心位于柱面棱镜圆心，且光斑中心位置最大偏移为0.12mm。

[0030] 但光斑的大小会随在柱面棱镜平面的入射角改变而变化。由于在柱面棱镜内光束接近平行光，假设光束直径为d，入射角为θ，则柱面棱镜平面扫描方向光斑直径为D＝d/cosθ。

[0031] 由于要求的发散角在1mrad的量级，由激光束束腰半径与激光束发散角的乘积为不变量，发散角小了光斑就会变大，应该在2mm上下波动(中心角度扫描方向光斑直径在1.5mm多)。

[0032] 3、光束发散角

[0033] 激光束初始参数的计算，激光波长635nm，光束发散角0.5mrad，在1m处光束尺寸3.7mm×1.9mm，取1.9mm计算(所以激光器安装时最好是1.9mm光斑方向与扫描方向同一平面)。

[0034] 经计算可得激光束腰半径为0.4mm，束腰位置位于激光器出射口-705mm处。

[0035] 由激光束初始参数进行高斯光束模拟，经系统后在柱面镜平面时扫描方向的光束发散角为0.4mrad，而垂直于扫描方向没有曲面进行准直(柱面棱镜)，所以发散角为10多mrad。

[0036] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。