Сенсор на основе поверхностно-плазмонного резонанса с элементом плоской оптики Российский патент 2018 года по МПК G01N21/41 

Описание патента на изобретение RU2660764C2

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.

Похожие патенты RU2660764C2

название год авторы номер документа
Сенсор на основе поверхностно-плазмонного резонанса 2021
  • Минин Игорь Владиленович
  • Минин Олег Владиленович
RU2758779C1
СЕНСОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ИССЛЕДУЕМОЙ ЖИДКОЙ ИЛИ ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЫ 2016
  • Грунин Андрей Анатольевич
  • Четвертухин Артем Вячеславович
  • Федянин Андрей Анатольевич
  • Муха Илья Рэмович
RU2637364C2
Оптический сенсор на основе плазмон-индуцированной прозрачности и Фано-резонансов 2021
  • Окунев Владимир Олегович
RU2770648C1
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕДАХ 2020
  • Охлопков Кирилл Игоревич
  • Шафирин Павел Андреевич
  • Шорохов Александр Сергеевич
  • Федянин Андрей Анатольевич
RU2751449C1
СПЕКТРОМЕТР НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМОННОГО РЕЗОНАНСА 2012
  • Лесничий Яков Васильевич
  • Стебунов Юрий Викторович
RU2500993C1
Способ регистрации процессов осаждения на поверхность твердого тела с двумерной визуализацией и устройство для его осуществления 2017
  • Конопский Валерий Николаевич
RU2661454C1
СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПЛОСКОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ТЕРАГЕРЦОВОМ ИЗЛУЧЕНИИ 2020
  • Никитин Алексей Константинович
  • Хасанов Илдус Шевкетович
  • Зыкова Лидия Александровна
RU2737725C1
СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ, БИОХИМИЧЕСКИХ, ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Никитин П.И.
  • Кабашин А.В.
  • Белоглазов А.А.
RU2141645C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ СПЕКТРА ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМЕННОГО РЕЗОНАНСА 1993
  • Алимов О.А.
  • Виноградов С.В.
  • Валянский С.И.
  • Михеев А.А.
  • Савранский В.В.
RU2096757C1
Волоконно-оптический плазмонный датчик показателя преломления жидкости 2019
  • Бутов Олег Владиславович
  • Томышев Кирилл Александрович
  • Тажетдинова Диана Каримовна
RU2735631C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 660 764 C2

Реферат патента 2018 года Сенсор на основе поверхностно-плазмонного резонанса с элементом плоской оптики

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.

Формула изобретения RU 2 660 764 C2

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2660764C2

WO 2006093425 A1, 08.09.2006
US 2004155309 A1, 12.08.2004
US 5925878 A, 20.07.1999
US 20060204676 A1, 14.09.2006
СПОСОБ МАГНИТООПТИЧЕСКОЙ МОДУЛЯЦИИ СВЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОНОВ 2013
  • Грунин Андрей Анатольевич
  • Четвертухин Артем Вячеславович
  • Шарипова Маргарита Ильгизовна
  • Долгова Татьяна Викторовна
  • Федянин Андрей Анатольевич
RU2548046C2

RU 2 660 764 C2

Авторы

Павельев Владимир Сергеевич

Кавеев Андрей Камильевич

Даты

2018-07-09Публикация

2016-12-19Подача