一種檢測相位的系統和方法和檢測折射率的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及傳感檢測技術領域，特別是涉及一種檢測相位的系統和方法和檢測折 射率的系統和方法。
【背景技術】
[0002] 現有的檢測相位的系統和檢測折射率的系統結構復雜、準確度低。現有的檢測相 位的方法和檢測折射率的方法步驟繁瑣、準確度低。
[0003] 上【背景技術】內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必 然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已 經公開的情況下，上述【背景技術】不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

【發明內容】

[0004] 本發明（主要）目的在于提出一種檢測相位的系統和方法和檢測折射率的系統和 方法，以解決上述現有技術存在的系統結構復雜、方法步驟繁瑣、準確度低的技術問題。
[0005] 為此，本發明提出一種檢測相位的系統，包括光學系統、弱測量單元和光譜儀，所 述光學系統將平行光輸出至所述弱測量單元，所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光 發生相位變化、進行放大并輸出至光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波 長的移動得出相位。
[0006] 所述弱測量單元包括表面等離子體共振發生裝置、前選偏振片和后選偏振片，所 述前選偏振片和后選偏振片的偏振方向相互垂直，所述前選偏振片位于所述表面等離子體 共振發生裝置的光路前方，所述后選偏振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路后 方。
[0007] 所述光學系統包括發光二極管和準直透鏡，所述準直透鏡將所述發光二極管發出 的光變換為平行光。
[0008] 所述的檢測相位的系統還包括設置在所述光學系統和弱測量單元之間的高斯濾 波片，所述高斯濾波片將所述光學系統輸出的平行光整形為高斯光譜。
[0009] 所述表面等離子體共振發生裝置包括棱鏡和金膜，所述金膜鍍在所述棱鏡的斜面 上。
[0010] 所述的檢測相位的系統還包括耦合透鏡，所述耦合透鏡將經弱測量單元出射的光 耦合到光譜儀內。
[0011] 一種檢測折射率的系統，包括光學系統、弱測量單元和光譜儀，所述光學系統將平 行光輸出至所述弱測量單元，所述弱測量單元將使所述平行光中的P偏振光發生相位變 化、進行放大并輸出至光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得 出位于所述弱測量單元中的待測物體的折射率。
[0012] 所述弱測量單元包括表面等離子體共振發生裝置、前選偏振片和后選偏振片，所 述前選偏振片和后選偏振片的偏振方向相互垂直，所述前選偏振片位于所述表面等離子體 共振發生裝置的光路前方，所述后選偏振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路后 方。
[0013] -種檢測相位的方法，其特征在于包括如下步驟：光學系統將平行光輸出至弱測 量單元；所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相位變化、進行放大并輸出至光 譜儀；所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出相位。
[0014] -種檢測折射率的方法，其特征在于包括如下步驟：光學系統將平行光輸出至弱 測量單元，所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相位變化、進行放大并輸出至 光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出位于所述弱測量單元 中的待測物體的折射率。
[0015] 本發明與現有技術對比的有益效果包括：本發明具有所有SPR技術的對表面折射 率變化敏感的特點，同時結合了弱測量單元對敏感信號放大的優勢，具有很高的靈敏度。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明一個實施例的檢測相位的系統的原理框圖。
[0017] 圖2是本發明一個實施例的檢測相位的系統的光路結構圖。
[0018] 圖3是本發明一個實施例的檢測相位的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合【具體實施方式】并對照附圖對本發明作進一步詳細說明。應該強調的是， 下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0020] 參照以下附圖，將描述非限制性和非排他性的實施例，其中相同的附圖標記表示 相同的部件，除非另外特別說明。
[0021] 本領域技術人員將認識到，對以上描述做出眾多變通是可能的，所以實施例僅是 用來描述一個或多個特定實施方式。
[0022] 如圖1、2所示，一種檢測相位的系統，包括光學系統、弱測量單元和光譜儀9,光學 系統將平行光輸出至弱測量單元，弱測量單元使平行光中的P偏振光發生相位變化、進行 放大并輸出至光譜儀9,光譜儀9記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出相位。本 發明將弱測量應用到表面等離子體共振（surface plasmon resonance，簡寫為SPR)相位 檢測。利用弱測量的原理，相位信號會被放大，加之SPR本身對于表面信息具有很高的靈敏 度，這種弱測量檢測SPR相位具有極高的靈敏度。
[0023] 弱測量單元包括表面等離子體共振發生裝置、前選偏振片4和后選偏振片8,前選 偏振片4和后選偏振片8的偏振方向相互垂直，前選偏振片4位于表面等離子體共振發生 裝置的光路前方，后選偏振片8位于表面等離子體共振發生裝置的光路后方。
[0024] 光學系統包括發光二極管1和準直透鏡2,準直透鏡2將發光二極管1發出的光變 換為平行光。發光二極管1可以采用近紅外的超輻射發光二極管。
[0025] 檢測相位的系統還包括設置在光學系統和弱測量單元之間的高斯濾波片3,高斯 濾波片3將光學系統輸出的平行光整形為高斯光譜。
[0026] 表面等離子體共振發生裝置包括棱鏡5和金膜6,金膜6鍍在棱鏡5的斜面上。
[0027] 檢測相位的系統還包括耦合透鏡8,耦合透鏡8將經弱測量單元出射的光耦合到 光譜儀9內。例如，耦合到光譜儀9的光纖內。
[0028] 本發明還提出了一種檢測折射率的系統，包括光學系統、弱測量單元和光譜儀9， 光學系統將平行光輸出至弱測量單元，弱測量單元將使平行光中的P偏振光發生相位變 化、進行放大并輸出至光譜儀9,光譜儀9記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出 位于弱測量單元中的待測物體的折射率。檢測折射率的系統與檢測相位的系統基本相同。 當SPR裝置表面由于待測物引入一個微弱的折射率變化時，會引起p偏振光的相位發生變 化，再經過弱測量系統的放大效果，轉換成為光譜中心波長的偏移，由于出射光譜會被光譜 儀所記錄，SPR實際發生的相位移動可以通過計算光譜中心波長的移動直接求出。
[0029] 超輻射發光二極管1發出的光，經過準直透鏡2變成平行光，再經過高斯濾光片3 將波形整形成為高斯波包，通過一個偏振方向為接近水平方向的前選偏振片4成為前選擇 態。SPR裝置采用Kretschmann全反射模型：棱鏡5的斜面上鍍了 45nm厚的金膜6,金膜6 外為被測平面。光斑照射在金膜6表面上，中心光束的入射角約為45°。出射光再經過一 個偏振方向接近垂直方向的后選偏振片7,作為后選擇態。出射光通過耦合透鏡8耦合進入 光譜儀9。
[0030] 根據弱測量系統的計算，最終光譜的移動由下式確定：
[0031]
【主權項】
1. 一種檢測相位的系統，其特征在于：包括光學系統、弱測量單元和光譜儀，所述光學 系統將平行光輸出至所述弱測量單元，所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相 位變化、進行放大并輸出至光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移 動得出相位。
2. 如權利要求1所述的檢測相位的系統，其特征在于：所述弱測量單元包括表面等離 子體共振發生裝置、前選偏振片和后選偏振片，所述前選偏振片和后選偏振片的偏振方向 相互垂直，所述前選偏振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路前方，所述后選偏 振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路后方。
3. 如權利要求1所述的檢測相位的系統，其特征在于：所述光學系統包括發光二極管 和準直透鏡，所述準直透鏡將所述發光二極管發出的光變換為平行光。
4. 如權利要求1所述的檢測相位的系統，其特征在于：還包括設置在所述光學系統和 弱測量單元之間的高斯濾波片，所述高斯濾波片將所述光學系統輸出的平行光整形為高斯 光譜。
5. 如權利要求2所述的檢測相位的系統，其特征在于：所述表面等離子體共振發生裝 置包括棱鏡和金膜，所述金膜鍍在所述棱鏡的斜面上。
6. 如權利要求1所述的檢測相位的系統，其特征在于：還包括耦合透鏡，所述耦合透鏡 將經弱測量單元出射的光耦合到光譜儀內。
7. -種檢測折射率的系統，其特征在于：包括光學系統、弱測量單元和光譜儀，所述光 學系統將平行光輸出至所述弱測量單元，所述弱測量單元將使所述平行光中的P偏振光發 生相位變化、進行放大并輸出至光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長 的移動得出位于所述弱測量單元中的待測物體的折射率。
8. 如權利要求7所述的檢測折射率的系統，其特征在于：所述弱測量單元包括表面等 尚子體共振發生裝置、前選偏振片和后選偏振片，所述前選偏振片和后選偏振片的偏振方 向相互垂直，所述前選偏振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路前方，所述后選 偏振片位于所述表面等離子體共振發生裝置的光路后方。
9. 一種檢測相位的方法，其特征在于包括如下步驟： 光學系統將平行光輸出至弱測量單元； 所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相位變化、進行放大并輸出至光譜 儀； 所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出相位。
10. -種檢測折射率的方法，其特征在于包括如下步驟： 光學系統將平行光輸出至弱測量單元， 所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相位變化、進行放大并輸出至光譜 儀， 所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出位于所述弱測量單元中 的待測物體的折射率。
【專利摘要】本發明公開了一種檢測相位的系統和方法和檢測折射率的系統和方法。該檢測相位的系統包括光學系統、弱測量單元和光譜儀，所述光學系統將平行光輸出至所述弱測量單元，所述弱測量單元使所述平行光中的P偏振光發生相位變化、進行放大并輸出至光譜儀，所述光譜儀記錄光譜中心波長的移動并根據波長的移動得出相位。
【IPC分類】G01N21-21, G01J9-00
【公開號】CN104833433
【申請號】CN201510240949
【發明人】張怡龍, 李東梅, 何永紅, 馬輝, 劉樂
【申請人】清華大學深圳研究生院
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月12日