Спосіб вимірювання параметрів поверхневого плазмонного резонансу

Спосіб вимірювання параметрів поверхневого плазмонного резонансу, що включає опромінення поляризованим світлом резонансно чутливої границі, яка розділяє досліджуване середовище з меншою оптичною густиною від середовища з бі 3 20949 4 метри плівки металу - показники заломлення, поного слідкування за механізмом повороту призми глинання та товщин у (n, k, d) [2]. ускладнює конструкцію приладу. Відомий спосіб [3] реєстрації ППР використоТаким чином, задачею запропонованої корисвує ту властивість явища, що полягає у залежності ної моделі є розробка методу підвищеної точності і коефіцієнту відбиття лінійно поляризованого світчутливості для визначення у реальному часі харала від кута падіння на поверхню призми (геометрія ктеристики ППР у середовищі з будь-яким показКречмана чи Отто). Його суть полягає в тому, що ником заломлення. на поверхню призми з металевою плівою чи з імеПоставлена задача вирішується тим, що у рсійною плівкою і досліджуваним середовищем способі вимірювання параметрів поверхневого спрямовується світловий паралельний пучок Рплазменного резонансу, що включає опромінення поляризації. Інтенсивність відбитого поверхнею поляризованим світлом резонансно чутливої грасвітла перетворюється фотодетектором в сигнал, ниці, яка розділяє досліджуване середовище з величина якого залежить від кута падіння. При меншою оптичною густиною від середовища з бікутовому скануванні призми результатом виміру є льшою оптичною густиною, з боку якого здійснюкрива, що характеризується мінімальним значення ється опромінення, та вимірювання інтенсивності сигналу при умові резонансу, та відповідною півсвітла, відбитого від резонансно чутливої границі навколо кута поверхневого плазменного резонаншириною (qmin, Dq1/2). Основний недолік цього способу полягає в йосу, який відрізняється тим, що для опромінення резонансно чутливої границі використовують одго обмеженій роздільній здатності до визначення накові по інтенсивності Is- та Iр-поляризації, які за кута q min, необхідність у точності виміру якого дикдопомогою модулятора поляризації змінюють одна тується вимогами фізичних задач. Одна із цих виодну з частотою w, а сигнал фотодетектора, промог полягає у визначенні з високою чутливістю порційний різниці інтенсивностей Is-Ip відбитого величин діелектричних сталих контактуючи х середовищ або їх змін під дією тих чи інших фізичних світла, реєстр ують на частоті w. чинників. Досягненню цієї мети заважає мале знаПозитивний ефект досягається, по перше, завдяки тому, що інтенсивності S- та Р- поляризацій, чення сигналу при qmin, особливо коли воно сягає нуля, що має місце при чіткому резонансі. які при відбитті від металевої плівки практично не відрізняться, в околиці кута ППР стають неоднакоВідомий аналог способу вимірювання парамевими. Так, інтенсивність Р поляризованого світла трів ППР [4] є більш експресним порівняно з попесуттєво зменшується за рахунок взаємодії з повереднім. Суть способу полягає в тому, що резонанрхневими плазмонами в той час, як інтенсивність сно-чутлива границя опромінюється широким світловим пучком, що покриває певний інтервал S поляризованого світла залишається незмінною. Внаслідок цього виникає різниця інтенсивностей Sкутів падіння і фокусується в одній точці на поверхні призми. При цьому відбите світло у вигляді та Р-поляризацій, яка в кутовій залежності при qmin конуса спрямовується на діафрагму, виго товлену у приймає максимальну величину (Фіг.2). Таким чивигляді лінійки маленьких отворів. За діафрагмою ном сигнал ФД у даному випадку на кілька порядрозташовано фотоприймач, що переміщується ків перевищує рівень шум у, що є підставою для вздовж ліні розташування отворів таким чином, що більш точного визначення величин qmin та Dq 1/2 , а на його поверхню падає світло тільки від одного значить і параметрів плівки металу - n, k, d. отвору. В цьому випадку кожний отвір відповідає Висока швидкодія модулятора поляризації (в певному куту падіння. нашому випадку частота модуляції 50кГц) дозвоГоловним недоліком описаного аналогу є маляє здійснювати динамічну реєстрацію параметрів лий кут сканування, який у вузькому діапазоні знаППР у реальному часі. Величина частоти модулячень показника заломлення (від 1,33 до 1,38) обції ω не має принципового значення і може бути межує вибір досліджуваних середовищ. Крім того використана в межах від десятків Гц до сотень велика дискретність вимірів кута, що обумовлена кГц. Вона обумовлюється механічними та електвідстанню між отворами, їх діаметром та розміраричними властивостями пристрою, що здійснює ми фотоприймача, обмежує роздільну здатність модуляцію поляризації. способу. Ці недоліки істотно впливають на точність Оскільки кут падіння світла на металеву плівку визначення величини qmin. при даному способі виміру кривої ППР нічим не Найбільш близьким до способу, що заявляєтьобмежується, то в залежності від значення e2 зався, є спосіб виміру ППР, наведений в [5], який можди знайдеться таке значення кута qmin , при якому жна вважати прототипом. Його суть полягає у тобуде спостерігатись ППР. Таким чином, спосіб му, що резонансно чутливу плівку, яка розміщена дозволяє вимірювати характеристику ППР для на робочій грані призми повного внутрішнього відсередовища з будь-яким значенням φ (або показбивання, опромінюють з боку призми світлом Рника заломлення). поляризації, інтенсивність відбитого від резонансОптична схема установки, на якій здійснена но чутливої плівки випромінювання реєструють реалізація запропонованого способу наведено на фотодетектором, а за допомогою електронної сисФіг.1, де використано: теми для автоматичного керування механізмом - лазер ЛГН-113 як джерело світла, довжина повороту призми визначають значення кута qmin. хвилі лінійно поляризованого випромінювання Основний недолік цього пристрою полягає в його λ=0.63 або 1.15мкм, виготовлення підприємства невисокій швидкодії та нездатності реєструвати «Укрлазер», м. Львів; кінетику процесів. Це пов'язано з тим, що на ви- МП - модулятор поляризації власного вигозначення qmin витрачається певний час. Крім того, товлення у вигляді пластинки з ізотропного матенеобхідність електронної системи для автоматичріалу, з'єднаної з пластинкою із кристалічного ква 5 20949 6 основу при розробці і створенні різних приладів, - НЦ - напівциліндр повного внутрішнього відробота яких базується на використанні явища побиття власного виготовлення із скла К-8, на робоверхневого плазмонного резонансу. чу поверхню якого термічним випаровуванням Література нанесено шар золота товщиною біля 50нм; 1. Дмитрук Н.Л., Литовченко В.Г., Стрижевский - ФД - кремнійовий фотодіод ФД-9К. В.Л. Поверхностные поляритоны в полупроводниЛінійно поляризований промінь лазера спряках и диэлектриках. Киев.: На ук, думка, 1989.-376с. мовується на модулятор поляризації МП, який 2. Жижин Г.Н., Москалева М.А., Шонина Е.В., перетворює азимут поляризації з частотою 50кГц з Яковлев В.А. Распространение поверхностных паралельного на перпендикулярний відносно электромагнитных волн по металлическим поверплощини падіння (S- та Р-поляризації світла). Пісхностям. В кн. В.М. Аграновича и Д.Л. Милса «Поля відбиття від робочої поверхні напівциліндра верхностные поляритоны». М. «Наука». 1985. світло спрямовуються на фотодетектор ФД. За3. Kretshman Ε. Die Bestimung optischer вдяки тому, що в діапазоні кута існування плазKonstanten von Metallen durch Anderung von монного резонансу коефіцієнт відбиття РOberflachen Plasmaschwingungen.// Appl. Phys.компоненти світла змінюється відносно незмінної 1971.-241, №4.-S.313-324. S-компоненти, модуляцією поляризації виділяєть4. Патент України №46018 "Спосіб детектуся різниця їх інтенсивностей, сигнал якої з фотовання та визначення концентрації біомолекул та детектора вимірюється селективним вольтметром. молекулярних комплексів та пристрій для його Куто ва залежність сигналу фотодетектора в таких здійснення". Ширшов Ю.М., Венгер Є.Ф., Прохороумовах реєстрації ППР наведена на Фіг.2. вич А.В., Ушенін Ю.В., Мацас Є.П., Чегель В.І., Об'єктами для використання способу можуть Самойлов А.В. 15.05.2002, бюл. №5. бути метали, напівпровідники та діелектрики. Тому 5. Chinowsky T.M., Yee S.S. Capillary surface можливі області застосування запропонованого plasmon resonance sensor and multisensors. US способу - науково-конструкторські та учбові лабоPatent 6.480.282. November, 12, 2002. раторії. Крім того, цей спосіб може бути взято за рцу Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601