葡萄糖溶液浓度之光学侦测器.PDFVIP

第五章 葡萄糖溶液濃度之光學偵測器 5.1 前言 由於近年來光電工業的進步 ，使得許多人對光學葡 萄糖偵測再度產生興趣， 從而促使光學葡萄糖偵測器有進一步的發展 。光學偵測器的發展 ，非常有潛力能 藉由每天很方便的例行測量葡萄糖來改善糖尿病患的生活 因此近年來有許多公。 司及大學正在研究發展非接觸式或最少接觸式的光學偵測技術及方法來發展光 學葡萄糖偵測器 。至今有幾個理由是使光學葡萄糖測量技術特別的吸引人 ：第 一 是光學測量使用非接觸式去測量樣品 第二是它們一般不需要消耗試劑及可以快； 速的量測 。至目前為止 ，利用光學式測量葡萄糖溶液已經有幾個方法被提出來， 其中包括：光學吸收測量技術(optical absorption techniques)[1] 、偏極測量法 (polarimetry)[1] 、Mach-Zehnder波導干涉儀結合光纖的光學架構 [2]及光學外差式 振幅偵測[3,4] 等。光學吸收測量葡萄糖的技術主要是利用分子對光的選擇吸收來 測量葡萄糖 ，測量上一般都是以吸收比來表示 ，但光譜區的使用則被限制在中紅 外 (MIR)或近紅外 (NIR)區內 。而偏極測量法則是利用光經過葡萄糖溶液時 ，chiral 分子會旋轉線性偏極光的偏極面，藉由偏極光旋轉的角度計算出葡萄糖溶液的濃 度 ；此方法有幾個優點 ，測量可以使用可見光 、在溶液中有較長的光程長 ，並且 可使光學元件小型化。另外，在 Mach-Zehnder 波導干涉儀結合光纖之架構和光 學外差偏光計中 ，它們有可測微小葡萄糖溶液濃度變化的優點 ，但它們的架構容 易受到環境上的干擾 ，同時偵測的方式是需要穿透樣品 因此液體的吸收與散射， 問題必須加以考慮，再者它們的架構也相當的複雜 在本章中 ，將基於表面電漿共振外差干涉儀的架構 ，提出一種全光學式的新 型低濃度葡萄糖計。它是利用表面電漿共振 [5~9]之特性，當入射角以接近共振 63 角入射時 ，些微的葡萄糖溶液濃度變化即會造成相位差急劇的變化 ；此時透過共 光程外差干涉技術量測相位的變化，進而可以推知葡萄糖溶液濃度的變化量。 5.2 原理 測量葡萄糖溶液濃度之光學偵測器的設計架構如 所示 。它是由一外差 Fig. 5.1 光源、導光模組 、特製的 結構裝置 、 (light-guiding module) Kretschmann-Raether [9] 檢偏板 、偵測器 、電子訊號處理單元 和數位顯示器所組成。導光模組 AN D ESPU 則由兩個透鏡 耦合透鏡 與準直透鏡 和偏振保持光纖 — L1 L2 (polarization 所組成。特製的 結構裝置如 所 maintaining fiber, PMF) Kretschmann-Raether Fig. 5.2 示 ，這個構造是在底角 製作成 的等腰梯形稜鏡 ，同時在底邊面上鍍上厚度為 θ 71° 的金薄膜，金薄膜下則是接觸不同濃度的葡萄糖溶液。 40nm 在架構上，當一線性偏振光通過一個快軸與 軸夾角為 的二分之一波片 x β/2 H 後 ，經電光晶體 調制變成為外差光源 ，此外差光源在 偏光和 偏光之間具有