角度型SPR系统的设计与应用

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1、《半导体光电}2011年1O月第32卷第5期于艳鑫等：角度型SPR系统的设计与应用角度型SPR系统的设计与应用于艳鑫，陈宇’宋雪(1．长春理T大学电子信息T程学院。长春130021；2．吉林省机电研究设计院。长春130021)摘要：表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)技术被广泛应用于生物化学传感、药物分析和环境监测等领域。文章基于表面等离子体共振原理，采用Kretschmann模型，研制了角度型SPR系统，以PC机为平台基于Labview软件实现SPR系统控制、数据

2、采集、实时显示及存储一体化。通过样品测试结果表明该系统具有较高的精度和稳定度，并成功应用于酒精溶液浓度的检测。关键词：表面等离子体共振；Kretschmann；角度型；精度；稳定度中图分类号：0482．7文献标识码：A文章编号：1001—5868(2011)05—0737—03DesignandApplicationOfSPRSystemWorkingintheAngularModeYUYanxin，CHENYu，SONGXue(1．SchoolofElectron．andInformationEng．

3、，ChangchunUniversityofScienceandTechno1．，Changchun130021，CHN；2．MechanicalandElectronicResearchInstituteofJilinProvince，Changchun130022，CHN)Abstract：Surfaceplasmonresonance(SPR)hasbeenwidelyappliedinbio—chemicalsensing，pharmaceuticalresearch，environmental

4、monitoringandmanyotherfields．Inthispaper，basedontheprinciplesofSPR，theangularmodesystemwasaccomplishedwiththeKretschmannmode1．Systematiccontrolling，real—timedataacquisition，displayandstoragewererealizedbyusingLabVIEW．Experimentaltestsonsamplesvalidatetha

5、tthissystemownsgoodstabilityandhighprecisionandcanbeadoptedtomeasuretheconcentrationofalcoholsolution．Keywords：surfaceplasmonresonance；Kretschmann；angularmode；precision；stability0引言1SPR系统原理表面等离子体共振口传感技术是一种新兴的光表面等离子体共振是一种物理光学现象，其物学生物化学检测技术，与传统的生化分析方法相比，理模

6、型是一束单色光透过介质人射到金属表面，一由于其具有无需标记、灵敏准确、快速、能够实现在部分发生反射形成反射光，部分光穿透金属表面在线连续无损检测等特点，近几年来逐渐广泛应用于介质中形成折射波，沿着垂直于界面的方向按指数食品安全、环境监测、药物筛选和生物医学_2。等领衰减，又称为消失波。利用光在玻璃和金属界面处域，是一种强有力的分析生物物质成分并进行动力发生反射时的消失波，可以引发金属表面的自由电学过程研究的手段。文中根据表面等离子体共振原子产生表面等离子体。随着入射角的不断变化，当理，研制了角度型SPR

7、系统，并进行系统性能测试其为某一适当值时，表面等离子体子与消失波的频和未知酒精水溶液浓度检测的应用。率和波数相等，二者将发生共振，入射光能量被大幅吸收，反射光能量随之下降，在反射光谱上出现共振吸收峰(即反射光强度最低值)，此时对应的入射角收稿日期：2011一O4—19．称为共振角0⋯反射系数与入射角的关系曲线如基金项目：科学仪器基础研究专项项目(20627002)．·737·SEMIC0NDUCTORoPT0ELECTRoNICSVO1．32No．5图1所示。2系统设计2．1系统组成角度型SPR系统的主

8、体结构由光学系统、微机杂控制与检测系统组成，其结构如图3所示。在光学系统设计中，入射光源采用632．8nm的He—Ne激／(。)光器，在光源前方加装一偏振片，以获取P偏振光。图1反射系数随入射角的变化入射光入射到规则的半圆柱形棱镜(BK7玻璃，折射率为1．5165)上，棱镜矩形底面镀有约50rim的激发表面等离子体波的物理模型金膜，金膜相对其他金属化学性更加稳定，金膜过厚KretschmannE结构如图2所示，当一水平入射偏过薄都不能获得最