УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ СПЕКТРА ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМЕННОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 1997 года по МПК G01J3/22 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании биосенсоров на основе поверхностного плазменного резонанса (ППР).

Известно устройство для снятия спектра ППР, содержащее поляризатор, монохроматор, фильтр, линзу, гониометр, на столике которого установлены призма и фотоэлектрический приемник (ФЭУ) с подключенным к нему усилителем и самописцем [1]
Недостатком конструкции является использование в ней гониометра, что делает устройство громоздким, дорогим, а также неудобным в работе, т.к. во время снятия спектра необходимо перемещать призму и ФЭУ.

Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является устройство для снятия спектра ППР, содержащее источник света (лазер), поляризатор, диафрагму, линзы, фотодиод с механизмом перемещения, призму [2]
Недостатками конструкции является то, что при снятии спектра либо перемещают фотодиод с использованием микрометрической приставки для обеспечения точного смещения фотодиода, что вызывает неудобство в работе, либо используют многоканальный анализатор с блоком соответствующей аппаратуры к нему, что приводит к удорожанию прибора и ограничивает его использование в лабораторных условиях.

Технической задачей настоящего изобретения является снятие спектра ППР в автоматическом режиме.

Это достигается тем, что в устройство введены два зеркала, оси кривизны которых совмещают, и на этой общей оси помещают плоское поворотное зеркало гальванометра, призму и фотодиод.

В качестве зеркал используют цилиндрические или сферические зеркала.

Источник излучения может иметь как параллельный, так и расходящийся пучок света.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что в него введены два зеркала и зеркало гальванометра, которое располагается на одной вертикальной оси с призмой и фотодиодом, что делает устройство более удобным в работе, позволяет снимать спектр ППР с большей точностью, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Напомним основные свойства ППР [3] Поверхностная электромагнитная волна (ПЭВ) представляет собой распространение упорядоченных колебаний свободных электроны вдоль границы раздела двух сред под действием нормальной составляющей электрического поля падающей электромагнитной волны. Существуют для основных способа возбуждения ПЭВ: схема Отто [4] (фиг.1) и схема Кретчмана [1] (фиг.2). В каждой из них при некотором угле падения, превышающем критический, выполняется закон сохранения импульса для падающей волны и волны ПЭВ и происходит возбуждение ПЭВ. Это проявляется в том, что на графике кривой полного внутреннего отражения [3] появляется характерный провал. Зависимость интенсивности отраженного света от угла падения есть спектр ППР. Данный метод возбуждения ПЭВ называют методом нарушенного полного внутреннего отражения. Известны различные устройства для снятия спектров ППР. Одни пригодны лишь на стадии напыления пленок, в которых возбуждается ППР, другие не позволяют снимать спектр в автоматически режиме, третьи пригодны для работы только в лабораторных условиях.

При сравнении заявляемого решения формулы изобретения с другими известными техническими решениями в данной области техники не обнаружены решения, обладающие сходными признаками и решающие сходные технические задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Схема устройства представлена на фиг.3. Устройство состоит из источника света 1, диафрагмы 2, поляризатора 3, двух зеркал 4 и 5, оптические оси кривизны которых совмещены. На общей оси расположены друг над другом поворотное зеркало гальванометра 6, призма 7 и фотодиод 8.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника излучения 1 проходит через диафрагму 2 и поляризатор 3. На выходе из поляризатора 3 свет становится р-поляризованным и способен возбудить ПЭВ в образце. После поляризатора 3 свет падает на плоское поворотное зеркало гальванометра 6 и отразившись от него, попадает на зеркало 4, отразившись от которого свет проходит через призму, попадая на внутреннюю поверхность гипотенузной грани. На этой грани нанесена металлическая пленка, в которой и происходит возбуждение ПЭВ. Отразившись от гипотенузной грани призмы 7, свет попадает на зеркало 5 и, отразившись от него, поступает на фотодиод 8. Особенностью конфигурации устройства является то, что оси зеркал 4 и 5 совмещены, и на этой общей оси расположены поворотное зеркало гальванометра 6, призма 7 и фотодиод 8. Поэтому в процессе снятия спектра призма 7 и фотодиод 8 остаются неподвижными и световое пятно на призме 7 и фотодиоде 8 не смещается, что позволяет снять спектр без искажений, обуславливаемых пространственными неоднородностями пленки на призме 7 и зависимостью показаний фотодиода 8 от точки попадания на него светового сигнала. Это позволяет повысить точность снятия спектра ППР. Спектр углов создается поворотом зеркала гальванометра 6 при подаче на него электрического сигнала. Величины электрических сигналов можно прокалибровать по углам, т.е. каждой величине сигнала поставить в соответствие определенный угол. Сигнал с зеркала гальванометра можно подать на горизонтальную развертку самописца, а на его вертикальную развертку подать сигнал с фотодиода 8, который пропорционален интенсивности света, отраженного от гипотенузной грани призмы. При использовании зеркал 4 и 5 с малыми радиусами кривизны устройство получается компактным, т.к. габариты устройства определяются расстоянием от оси, на которой расположены зеркало гальванометра 6, призма 7 и фотодиод 8, до зеркал 4 и 5, т.е. радиусом кривизны зеркал 4 и 5.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снимать спектр ППР в автоматическом режиме и не только в лабораторных условиях, благодаря простоте в обращении и малым габаритам, а также работать как с параллельными, так и с расходящимися пучками света.

Использование: изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании биосенсеров на основе поверхностного плазменного резонанса (ППР). Сущность заключается в том, что установки содержит источник света, диафрагму, поляризатор, два цилиндрических зеркала, зеркало гальванометра, призму и фотодиод. Особенностью устройства является то, что в оси кривизны обоих цилиндрических зеркал совмещены и на этой общей оси помещены плоское поворотное зеркало гальванометра, призма и фотодиод. Спектр автоматически снимается за один поворот зеркала гальванометра, при этом фотодиод и призма остаются неподвижными. Установка позволяет работать как с параллельными, так и с расходящимся пучком света. 3 ил.

Устройство для снятия спектра поверхностного плазменного резонанса, содержащее оптически связанные источник излучения, диафрагму, поляризатор, призму и фотодиод, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит первое и второе зеркала, оси кривизны которых совмещены, и гальванометр с плоским поворотным зеркалом, при этом плоское поворотное зеркало гальванометра, призма и фотодиод установлены последовательно друг над другом на общей оси кривизны первого и второго зеркал, поляризатор оптически связан с поворотным зеркалом гальванометра, которое оптически связано с призмой посредством первого зеркала, а призма оптически связана с фотодиодом посредством второго зеркала.