基于分光计的SPR传感器综合实验.doc

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基于分光计的SPR传感器综合实验

KF-SPR表面等离子共振实验仪 使用说明书 图一 29、激光器 30、光电探头 31、偏振器 32、微调座 33、准星(图中未标出)34、敏感部件 一、主要技术性能及规格 1、分光计技术性能及规格详见KF-JJY1’型 2、半导体激光器:λ=635nm 2、敏感部件:半圆柱棱镜,镀金属膜,槽深4mm ,直径D=30mm 两个封装溶液: 1、去离子水 n=1.333 2、化钠饱和溶液 n=1.382 3、偏振器:测量范围360° 刻线最小读数为5° 偏振片的偏振方向与偏振器指针方向一致 4、微调座直径D=87mm 5、顶尖中心偏差:0.02 6、数字式功率计:光功率测量范围 0~1000mW,最小读数1 mW 二、用途 为了让学生更加直观了解倏逝波倏逝波n1的光密介质射向折射率为n2的光疏介质时,在2 种介质的界面处将同时发生折射和反射,当入射角θ大于临界角θc时,将发生全反射,在全内反射条件下,入射光的能量没有损失,但光的电场强度在界面处并不立即减小为零,而会渗入光疏介质中产生消失波,对于无限宽的光束消失波的强度随渗入深度z 呈e 的指数规律衰减,即 (1) 其中(是光在真空中波长)是消失波渗入光疏介质的有效深度(即光波的电场衰减至表面强度的1/ e 时的深度)。 可见入射的有效深度d 不受入射光偏振化程度的影响,除→,→∞的特殊条件外,d 随着入射角的增加而减小,其大小是的数量级甚至更小。因为消失波的存在,在界面处发生全内反射的光线,实际上在光疏介质中产生大小约为半个波长的位移后又返回光密介质,若光疏介质很纯净,不存在对消失波的吸收或散射,则全内反射的光强并不会衰减。反之,若光疏介质中存在能与消失波产生上述作用的物质时,全内反射光的强度将会被衰减,这种现象称为衰减全内反射。 表面等离子体子共振(SPR)是一种物理光学现象。表面等离子体(SP)是沿着金属和电介质间界面传播的电磁波所形成的。当P偏振光以表面等离子体共振角入射在界面上,将发生衰减全反射,入射光被耦合到表面等离子体内,光能被大量的吸收,在这个角度上由于发生了表面等离子体共振从而使得反射光显著减少,利用光在玻璃界面处发生全内反射时的倏逝波, , 表面等离子体子与倏逝波, 两者之间将发生共振, 入射光被吸收, 使反射光能量急剧下降, 在反射光谱上出现共振吸收峰,如图一所示。这即发生了表面等离子体共振现象。在入射光波长固定的情况下,通过改变入射角度,从而实现角度指示型表面等离子体共振。 图二 SPR 传感器测得的反射系数曲线 表面等离子体共振角随液体折射率的变化有如下关系: (为共振角,为棱镜折射率,为待测液体折射率,为金属介电常数的实部) 根据公式可知,待测液体折射率和共振角之间存在关系,所以在该实验中可以测量不同折射率液体所对应的共振角。从而讨论他们之间的关系。 2、与分光计的结合使用 仪器基本原理图如图二所示。结合分光计的精度和角度读数的方便性,能够精确的找到待测溶液所对应的共振角。 图三 基于分光计的SPR传感器原理图 四、仪器的调整及实验内容步骤 1、调整分光计 详见KF-JJY1’型分光计使用说明书,调整分光计的平行光管部件(3)、望远镜部件(8)分别与载物台(5)中心轴垂直。 实验部件安装和线路连接 1)、调整完毕分光计后,连接线路,激光光源(29)接光输出,光电探头(30)接光输入,插上电源线。 2)、撤下平行光管的狭缝装置,将激光光源装入到平行光管内,拧紧固定螺丝;同时拧去分光计的两个物镜,将光电探头装入分光计的望远镜套筒之内(如图一所示),并将偏振器(31)装入平行光管内,把偏振器指针转到90°,打开电源开关,观察功率计读数调整激光光源,当数值处于900附近时固定光源。 传感器中心调整 2、将微调座(32)放到载物台上,固定好调节架后,在调节架中心放上准星(33)(见准星示意图),首先开始粗调,调节载物台锁紧螺钉(6)使激光光斑至图4所示Ⅰ处,转动游标盘一圈,观察激光光斑是否一

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