一种偏振不敏感型SPR传感结构

摘要

本发明提供一种偏振不敏感型SPR传感结构，包括第一三棱镜、第二三棱镜以及两个具有相同参数的传感膜，任意偏振态的入射光中的P偏振分量的光在第一三棱镜的第一底面激发SPR，S偏振分量的光在第二三棱镜的第二底面激发SPR。本发明无需利用偏振器件对入射光进行P偏振处理就可以获得良好的SPR响应，而且SPR响应与入射光的偏振态无关，有效降低了成本，提高了传感系统的集成度和稳定性。此外，本发明可以方便的与光纤相结合，形成光纤‑棱镜结合型SPR传感器，用于波长调制或强度调制传感。

权利要求

1.一种偏振不敏感型SPR传感结构，其特征在于，所述SPR传感结构包括第一三棱镜、第二三棱镜以及两个具有相同参数的传感膜，所述传感膜为能够激发SPR的薄膜；

所述第一三棱镜的3条棱互相平行，第一三棱镜的三个侧面分别为第一入射镜面、第一出射镜面和第一底面，第一底面与第一入射镜面和第一出射镜面的夹角相等；

所述第二三棱镜的3条棱互相平行，第二三棱镜的三个侧面分别为第二入射镜面、第二入射镜面和第二底面，第二底面与第二入射镜面和第二出射镜面的夹角相等；

第一三棱镜的3条棱垂直于第二三棱镜的三条棱，两个传感膜分别制备在第一底面和第二底面上，第一出射镜面与第二入射镜面相贴合。

2.根据权利要求1所述的偏振不敏感型SPR传感结构，其特征在于，所述第一三棱镜的3条棱的长度与第二三棱镜的3条棱的长度相等。

3.根据权利要求2所述的偏振不敏感型SPR传感结构，其特征在于，所述第一出射镜面与第二入射镜面为全等的正方形，第一出射镜面与第二入射镜面完全重合。

4.根据权利要求1所述的偏振不敏感型SPR传感结构，其特征在于，所述第一出射镜面和第二入射镜面通过胶合的方式进行贴合。

5.根据权利要求1所述的偏振不敏感型SPR传感结构，其特征在于，所述第一三棱镜和第二三棱镜采用相同材质的棱镜制作材料制成。

说明书

一种偏振不敏感型SPR传感结构

技术领域

[0001] 本发明涉及光电检测技术领域，更具体地，涉及一种偏振不敏感型SPR传感结构。

背景技术

[0002] 基于表面等离激元谐振（Surface Plasmon Resonance, SPR）原理的传感技术，其最主要的应用是检测待测物质的折射率。物质的组份、物质间的相互反应往往都可以通过相关联物质折射率的变化反映出来。自上世纪80年代以来，基于SPR原理的传感技术发展十分迅猛，目前该传感技术已被广泛应用于物理、生物、化学、环保、医学等领域中。按对光波的调制方式，SPR传感器可分为角度调制型、波长调制型、强度调制型、相位调制型和偏振调制型五种类型。近年来，人们在SPR传感器结构的优化设计及提高检测灵敏度方面做了大量工作。目前，这方面的研究工作仍是热点课题。

[0003] 为了更有效地激发SPR，获得具有较高信噪比的SPR谱线，目前通常的做法是利用偏振器件将入射光起偏为P偏振光，进而用P偏振光来激发SPR。常用的偏振器件有以下三种：偏振棱镜、偏振片和偏振分光棱镜。偏振棱镜利用天然晶体的双折射现象来对光进行起偏，工作带宽最宽，偏振度最高，但价格也最高；偏振片利用化学物质对光的二向色性对光进行起偏，工作带宽较窄，稳定性较差；偏振分光棱镜利用偏振分光介质膜对光进行起偏，具有较好的稳定性，但工作带宽较窄，价格也较高。可见，应用于SPR传感器中的偏振器难以在工作带宽、偏振度、稳定性和成本四个方面都面面俱到。另外，偏振器件与传感结构多为分立放置，偏振方向需要仔细调节才能获得最佳的SPR响应，降低了传感系统的集成度和稳定性。

发明内容

[0004] 本发明为克服上述现有技术所述的高成本、低集成度和稳定性的缺陷，提供一种低成本、高集成度和稳定性的偏振不敏感型SPR传感结构。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种偏振不敏感型SPR传感结构，所述SPR传感结构包括第一三棱镜、第二三棱镜以及两个具有相同参数的传感膜，所述传感膜为能够激发SPR的薄膜；

[0007] 所述第一三棱镜的3条棱互相平行，第一三棱镜的三个侧面分别为第一入射镜面、第一出射镜面和第一底面，第一底面与第一入射镜面和第一出射镜面的夹角相等；

[0008] 所述第二三棱镜的3条棱互相平行，第二三棱镜的三个侧面分别为第二入射镜面、第二入射镜面和第二底面，第二底面与第二入射镜面和第二出射镜面的夹角相等；

[0009] 第一三棱镜的3条棱垂直于第二三棱镜的三条棱，两个传感膜分别制备在第一底面和第二底面上，第一出射镜面与第二入射镜面相贴合。

[0010] 在一种优选的方案中，所述第一三棱镜的3条棱的长度与第二三棱镜的3条棱的长度相等。

[0011] 在一种优选的方案中，所述第一出射镜面与第二入射镜面为全等的正方形，第一出射镜面与第二入射镜面完全重合。

[0012] 在一种优选的方案中，所述第一出射镜面和第二入射镜面通过胶合的方式进行贴合。

[0013] 在一种优选的方案中，所述第一三棱镜和第二三棱镜采用相同材质的棱镜制作材料制成。

[0014] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

[0015] 本发明提供一种偏振不敏感型SPR传感结构，包括第一三棱镜、第二三棱镜以及两个具有相同参数的传感膜，任意偏振态的入射光中的P偏振分量的光在第一三棱镜的第一底面激发SPR，S偏振分量的光在第二三棱镜的第二底面激发SPR。本发明无需利用偏振器件对入射光进行P偏振处理就可以获得良好的SPR响应，而且SPR响应与入射光的偏振态无关，有效降低了成本，提高了传感系统的集成度和稳定性。此外，本发明可以方便的与光纤相结合，形成光纤-棱镜结合型SPR传感器，用于波长调制或强度调制传感。

附图说明

[0016] 图1为本发明偏振不敏感型SPR传感结构的结构及光路示意图。

具体实施方式

[0017] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0018] 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

[0019] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0021] 实施例1

[0022] 如图1所示，一种偏振不敏感型SPR传感结构，所述SPR传感结构包括第一三棱镜ad-bchf、第二三棱镜dh-afge以及两个具有相同参数的传感膜，所述传感膜为能够激发SPR的薄膜；

[0023] 第一三棱镜ad-bchf的3条棱分别为ad、bc、fh且fh//ad//bc，第一三棱镜ad-bchf的三个侧面分别为第一入射镜面abcd、第一出射镜面afhd和第一底面bchf，第一底面bchf与第一入射镜面abcd和第一出射镜面afhd的夹角相等，即△abf为等腰三角形；

[0024] 第二三棱镜dh-afge的3条棱分别为dh、af、eg且dh∥af∥eg，第二三棱镜dh-afge的三个侧面分别为第二入射镜面afhd、第二入射镜面dhge和第二底面afge，第二底面afge与第二入射镜面afhd和第二出射镜面dhge的夹角相等，即△dae为等腰三角形；

[0025] 第一三棱镜ad-bchf的3条棱垂直于第二三棱镜dh-afge的三条棱，两个传感膜分别制备在第一底面bchf和第二底面上afge，第一出射镜面与第二入射镜面相贴合，均记为afhd。

[0026] 在具体实施过程中，所述第一三棱镜的3条棱的长度与第二三棱镜的3条棱的长度相等，即fh=ad=bc=dh=af=eg。

[0027] 在具体实施过程中，所述第一出射镜面与第二入射镜面为全等的正方形，即面adfh为正方形，第一出射镜面与第二入射镜面完全重合。

[0028] 在具体实施过程中，所述第一出射镜面和第二入射镜面通过胶合的方式进行贴合。

[0029] 在具体实施过程中，所述第一三棱镜和第二三棱镜采用相同材质的棱镜制作材料制成。

[0030] 本实施例偏振不敏感型SPR传感结构的工作原理为：

[0031] 任意偏振态的入射光垂直于第一三棱镜ad-bchf的入射镜面abcd入射进入三棱镜，入射到第一底面bchf上，P偏振分量在传感膜与外部介质界面激发SPR，残余的P偏振分量和绝大部分S偏振分量的光被反射，该反射光垂直于面adhf入射进入第二三棱镜dh-afge，入射到第二底面afge上。由于第一三棱镜的入射面1和第二三棱镜的入射面2相互垂直，因此反射光进入第二三棱镜dh-afge后，原P偏振分量转化为S偏振分量，绝大部分被反射；原S偏振分量转化为P偏振分量，在第二底面afge上激发SPR。

[0032] 总体效果简而言之为：任意偏振态的入射光中的P偏振分量的光在第一三棱镜的第一底面激发SPR，S偏振分量的光在第二三棱镜的第二底面激发SPR。所述结构的出射光垂直于第二出射面dhge出射。

[0033] 相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

[0034] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0035] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。