化学計測用表面プラズモン光センサの研究

化学测量用表面等离子体光学传感器的研究

基本信息

批准号：
63550040
负责人：
河田聡
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至 1989
项目状态：
已结题

项目摘要

光励起表面プラズマ共鳴現象の観測を原理とし、光ファイバやマイクロレンズ等の微小光学素子とイメージセンサ等エレクトロニクスディバイスを用いた新しいタイプの化学センサを試作し、そのプロセス計測等への適用性を検討した。以下、具体的成果を列挙する。1.非駆動角度走査光学系の設計と検討:従来、表面プラズモンの観察は、プリズムに入射する光ビームの角度を回転機構によって変化させて行われていたが、本研究において、イメージセンサとフーリエ変換光学系により電子スキャン機構を3方式、開発し、それぞれを比較した。2.照明光源系の選択と設計:発光ダイオード、面発光ダイオード、半導体レーザを光源とした場合の、それぞれの、ワイドアングルの入射・照明光学系の設計を行ない、それぞれ試作した。3.多層膜の設計・試作:角度分解能を上げる目的に、銀薄膜とブリズム間に低屈折率誘電薄膜層を加えることを提案し、(Optics Letters投稿中)、実際に作成した案を用いた実験より、その有効性を確認した。また、サンブルと銀薄膜間に保護用薄膜を塗布することを提案し、実際に作成した。4.温度依存性の測定と補正法の検討:本センサは、サンプルの温度に強く影響を受けるため、温度補償機構を加える必要がある。本研究ではサーミスタ等を用いず、プラズモンセンシング自身で温度補正する方法を考案した。5.プロセス計測への広用実験:エタノール等のアルコールに含まれる微量水分の濃度測定を試み、実用的であることを確認した。6.コンパクトセンサの試作:75mm×35mmの大きさのセンサを実際に作成し、実験を行なった。

基于对光激发表面等离子体共振现象的观察，我们利用光纤、微透镜等微型光学元件和图像传感器等电子器件原型制作了一种新型化学传感器，并检验了其在过程测量等方面的适用性。具体成果如下。 1.非驱动角度扫描光学系统的设计和研究：传统上，表面等离子体激元的观察是通过使用旋转机构改变入射到棱镜上的光束的角度来进行的，但在本研究中，我们使用了图像传感器我们使用转换光学系统开发了三种类型的电子扫描机构，并对它们进行了比较。 2.照明光源系统的选择和设计：我们针对发光二极管、表面发射二极管和半导体激光器作为光源，设计并原型制作了广角入射和照明光学系统。 3.多层膜的设计和原型制作：为了增加角分辨率，我们建议在银薄膜和棱镜之间添加低折射率介电薄膜层（目前正在提交给Optics Letters），并使用了实际创建的建议通过实验证实了其有效性。我们还提出并实际创建了样品和银薄膜之间的保护薄膜。 4.温度依赖性测量和校正方法的考虑：该传感器受样品温度的影响强烈，因此需要添加温度补偿机制。在这项研究中，我们设计了一种利用等离子体传感本身进行温度校正的方法，而不使用热敏电阻。 5. 过程测量的广泛实验：我们尝试测量乙醇等醇类中所含微量水的浓度，并证实其实用性。 6.紧凑型传感器原型：我们实际制作了一个尺寸为75mm x 35mm的传感器并进行了实验。