[发明专利]一种制备表面增强拉曼散射光纤探针的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备应用于表面增强拉曼散射探测的光纤探针的方法，特别是涉及一种利用激光诱导制备光纤探针的方法，应用于光纤传感、近场增强拉曼探测等领域。

背景技术

表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)探测可提供关于分子精细结构的光谱信息，是一种实现高灵敏度、免标记探测的分子识别手段。利用光纤探针进行SERS探测，更使探测可在远程、微米尺寸的环境下进行。而在光纤探针端面形成金属微纳结构，对提高探针的性能有很大的帮助。

目前，在光纤末端形成金属微纳结构，从而得到表面增强拉曼光纤探针的方法有以下几种：

利用具有二维纳米图样的模具，通过纳米压印光刻技术在光纤端面形成纳米图样，并在光刻后的光纤端面上涂覆金或银膜，从而得到表面增强拉曼光纤探针(G.Kostovski，D.J.White，A.Mitchell，M.W.Austin，and P.R.Stoddart，″Nanoimprinting on optical fiberend faces for chemical sensing-art.no.70042H，″in 19th International Conferenceon Optical Fibre Sensors，(Spie-Int Soc Optical Engineering，2008)，H42-H42)。该方法可控制光纤端面的微纳图样，制作的重复性高，但制作工艺复杂，制备成本高。

在光纤端面蒸银厚度为纳米量级的金属膜，再利用聚焦离子束刻蚀的方法在金属膜上形成微纳结构，形成表面增强拉曼光纤探针(A.Dhawan，J.F.Muth，D.N.Leonard，M.D.Gerhold，J.Gleeson，T.Vo-Dinh，and P.E.Russell，″Focused in beam fabrication of metallicnanostructures on end faces of optical fibers for chemical sensing applications，″J.Vac.Sci.Technol.B 26(6)，Nov/Dec 2008)。该方法可控制光纤端面的微纳图样，但制作过程需精密控制，控制设备复杂、成本高。

利用腐蚀液对光纤端面进行腐蚀，通过控制腐蚀时间使光纤端面形成合适的腐蚀形貌，再在光纤端面上涂覆金或银膜，从而得到表面增强拉曼光纤探针(D.J.White and P.R.Stoddart，″Nanostructured optical fiber with surface-enhanced Raman scatteringfunctionality，″Opt.Lett.30，598-600(2005))。该方法制备过程简单，但腐蚀液对光纤端面进行修饰具有一定的随机性，难以精确控制光纤端面的腐蚀形貌，操作难度高，使用的腐蚀液有毒有害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备表面增强拉曼散射光纤探针的方法，通过简单的制作工艺控制金属纳米颗粒在光纤端面的沉积，并调整光纤探针的探测性能；同时进一步降低制作成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种制备表面增强拉曼散射光纤探针的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

1)配制含有还原剂及可溶性金属盐的水溶液，作为反应溶液，其中还原剂的摩尔浓度为0.1mM～10mM，可溶性金属盐的摩尔浓度为0.1mM～10mM；

2)使激光从光纤的近端耦进入光纤，并从光纤远端输出，形成具有梯度分布的光场；

3)光纤的远端浸入反应溶液，反应溶液中的金属阳离子在激光照射下还原成金属纳米颗粒，金属纳米颗粒在光场梯度力作用下附着在光纤远端端面芯区，形成与光纤远端端面的激光模场分布一致的沉积图案，作为表面增强拉曼探测所需的基底，从而得到表面增强拉曼散射光纤探针。

上述技术方案中，步骤2)中所述的激光为紫外或可见光，光纤远端输出激光功率至少为0.1mW。所述光纤为普通光纤、纳米光纤、光纤锥或光子晶体光纤。步骤3)中所述激光照射的时间为10秒～10分钟。

本发明所述的还原剂优选为柠檬酸钠；所述的可溶性金属盐优选为硝酸银或四氯金酸。