[发明专利]表面增强型光纤拉曼探针

说明书

本发明提供的是一种表面增强型光纤拉曼探针。在同轴双波导通道光纤的纤端制备了一层用于表面增强作用的金属纳米层，然后对光纤端进行精细研磨，形成对环形芯内激发光起到反射汇聚作用的弧形锥台，汇聚的激发光斑恰好位于金属纳米层上，使得激发光与探针端面接触点处的待测物质充分相互作用，这是由于激发光通过金属纳米层时，借助于表面等离子波的激发及其与探测物质的相互作用，产生表面增强拉曼信号，极大地提高了这种光纤拉曼探针的探测灵敏度。本发明可用于表面增强拉曼光谱的精确定位触点式测量，尤其适用于活体细胞组织的定位触点式表面增强拉曼光谱的获取与测量。

技术领域

本发明涉及的是一种光纤拉曼探针，具体地说是一种可用于表面增强型拉曼光谱的在体介入式活体细胞的定位触点式获取的表面增强型光纤拉曼探针。

背景技术

表面增强拉曼散射效应是指将待测物质吸附在具有粗糙金属纳米层的基底表面上，从而使得待测物质拉曼光谱强度极大增强的现象。近年来，表面增强拉曼光谱在生物化学分析，环境监测，食品安全等领域均有广泛的应用。

将表面增强拉曼散射效应和光纤结合是近些年的研究热点。一方面表面增强拉曼效应能使得待测物质的拉曼信号增强几个量级，另一方面光纤的尺寸小巧，可操作的灵活性高，可方便地应用于在体拉曼光谱的测量。Qunfan Fang等人(Applied Optics,2013, 52(25):6163-6169)提出利用激光诱导化学沉积法，在熔拉法形成的锥形光纤端镀上一层纳米金颗粒，巧妙地将光纤和表面增强拉曼基底结合在了一起。Y.Zhang等人(ApplidePhysics Letters 87,123105 2005)同样成功地在D型光纤的侧抛面上制备了纳米金属层，该探针通过光纤传输激发光，但是需要使用物镜来收集表面增强的拉曼散射光。这些探针大多是利用光纤中传输的消逝场来作为拉曼激发光，虽然作用面积大，但是光场弱，激发效率低，且无法实现精确定位的表面增强拉曼光谱的在体原位激发和获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作方便灵活、并能实现精确定点激发的表面增强型光纤拉曼探针。

本发明的表面增强型光纤拉曼探针包括同轴双波导通道光纤，在同轴双波导通道光纤的纤端表面制备有金属纳米粒子层，纤端表面研磨形成锥台的光纤端结构。

本发明的表面增强型光纤拉曼探针还可以包括：

1、所述锥台的光纤端结构为旋转对称的圆锥台或旋转对称弧形锥台结构。

2、所述同轴双波导通道光纤具有中间的大直径圆形波导和同轴分布的环形芯波导，其中，环形芯波导是激发光传输通道，中间芯波导是后向拉曼散射信号光收集通道。

3、所述金属纳米粒子层为金或银纳米粒子层。

4、所述旋转对称的圆锥台结构满足：

其中r_m为环形芯中间圆的半径，α为旋转对称锥台的底角(α≤arcsin(n₂/n₁)<90°，n₂为被测物质环境折射率、n₁为同轴双波导通道光纤的环形芯折射率)，d为锥台上底面半径。

5、所述旋转对称弧形锥台结构是在旋转对称的圆锥台的基础上进行弧形优化，在表面增强型光纤拉曼探针的轴剖面中，环形芯中间处的直线与圆锥台母线相交于一点，过该点做圆锥台母线的切圆，切圆半径为R，再以该切圆的轮廓为基准，进行旋转对称弧形锥台结构的研磨制作。

为了获得结构简单紧凑、操作方便灵活、并能实现精确定点激发的表面增强型光纤拉曼探针。本发明包含了以下主要技术手段：

本发明是一种性能改进的表面增强型光纤拉曼探针，该探针包括同轴双波导通道光纤，在光纤的纤端表面制备了金属纳米粒子层和精细研磨形成的锥台结构。