Сенсор на основе поверхностно-плазмонного резонанса с элементом плоской оптики
Опубликовано: 02.09.2018
Изобретение относится к области аналитического приборостроения. Сенсор качественного состава вещества содержит призму с нанесенным слоем металла на одну из ее сторон. Призма выполнена в виде плоского оптического элемента - дифракционной призмы с микрорельефом с одной стороны и нанесенным слоем металла с другой. Технический результат заключается в существенном снижении массы сенсора. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение.
Настоящее изобретение относится к области аналитического приборостроения.
Уровень техники.
Из существующего уровня техники известен сенсор на основе поверхностно-плазмонного резонанса, который включает призму с нанесенным слоем металла на одну из сторон (N. Mehan, V. Gupta, К. Sreenivas, AbhaiMansingh, Surfaceplasmonresonancebasedrefractiveindexsensorforliquids, IndianJoumalofPure&AppliedPhysics, Vol. 43, November 2005, pp. 854-858). Подобные разработки запатентованы: (US 20020182743 A1). Данная призма служит для создания эффекта полного внутреннего отражения падающего на систему лазерного луча. Недостатками данного технического решения являются большие массогабаритные характеристики устройства.
Раскрытие изобретения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание сенсора качественного состава вещества на основе поверхностно-плазмонного резонанса с уменьшенными массогабаритными характеристиками. Данная задача решается за счет того, что заявленный сенсор качественного состава вещества, содержащий призму с нанесенным слоем металла на одну из ее сторон, отличается тем, что призма выполнена в виде плоского оптического элемента - дифракционной призмы с микрорельефом с одной стороны и нанесенным слоем металла с другой. Высота дифракционного микрорельефа определяется формулой h(x)=ϕ(x)λ/2π(n-1), где ϕ(x) - фазовая функция треугольной призмы, приведенная к диапазону [0,2π].
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является существенное снижение массы устройства по сравнению с прототипом, связанное с заменой традиционной призмы ее дифракционным аналогом.
Краткое описание чертежей.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схематическое изображение устройства сенсора на основе поверхностно-плазмонного резонанса, который включает дифракционную призму с нанесенным слоем металла на одну из сторон.
На фиг. 2 - схематически изображен дифракционный микрорельеф плоского оптического элемента (дифракционной треугольной призмы).
Осуществление изобретения.
Работает устройство следующим образом: р-поляризованный пучок Не-Ne-лазера (1) падает на микрорельеф дифракционной призмы (2), установленной на трехкоординатный поворотный столик (7). На обратную сторону призмы наесена металлическая пленка (3). Призма устанавливается на кювету с анализируемым раствором (4). Интенсивность излучения, испытавшего полное внутренне отражение, измеряется детектором (8). Измеренная интенсивность отраженного света нормируется на интенсивность освещающего пучка. Поворотный столик (7) может вращаться по углу, обеспечивая угловое сканирование образца. Прецизионное управление поворотом столика осуществляется с помощью микроконтроллера (6), управляющего шаговым двигателем. Достижение системой крайних положений фиксируется с помощью концевых выключателей, передающих сигнал на микроконтроллер. Специализированное программное обеспечение (ПО) осуществляет несколько функций - управление угловым сканированием через микроконтроллер и сбор потока данных с детектора. Математическая обработка полученных данных также осуществляется с помощью этого ПО. Сенсорный блок состоит из нескольких компонент. Это активный слой, представляющий собой металлическую пленку, нанесенную на дифракционную призму. В свою очередь, анализируемый раствор находится в кювете, контактирующей с активным слоем. В систему также входит лазер (гелий-неоновый), а также детектор, представляющий собой фотодиод или иной измеритель мощности лазерного излучения. Путем углового сканирования снимается угловая зависимость поверхностно-плазмонного резонанса. Далее, эта зависимость обрабатывается в ПО, в результате будет вычислен показатель преломления исследуемого раствора. В ПО загружена калибровочная зависимость показателя преломления от концентрации исследуемого вещества в растворе. Сопоставляя измеренный показатель преломления с данной зависимостью, определяется искомая концентрация раствора.
Сенсор качественного состава вещества, содержащий призму с нанесенным слоем металла на одну из ее сторон, отличающийся тем, что призма выполнена в виде плоского оптического элемента - дифракционной призмы с микрорельефом с одной стороны и нанесенным слоем металла с другой.