[发明专利]基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器及制作方法

权利要求书

1.基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，包括光纤及其两端的光线连接头，其特征在于，所述光纤中包括一段侧抛的D型光纤，在侧抛的D型光纤的侧抛表面上覆盖一层微球薄膜，所述微球薄膜由阵列排布的单层聚苯乙烯胶体微球及其间隙内填充的凝胶构成，所述凝胶未覆盖聚苯乙烯胶体微球的顶部，由每个所述聚苯乙烯胶体微球的顶部向内刻蚀形成一个环形凹槽；在每个刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球的顶部向外设置依次由金属膜-半导体膜-金属膜-半导体膜-金属膜-半导体膜交替构成的纳米环形腔，形成纳米环形腔阵列，其中，所述纳米环形腔在竖直轴圆对称方向为非对称结构，以实现偏振敏感性。

2.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，采用液面自组装的单层纳米球做掩膜来制作纳米环形腔。

3.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，侧抛的D型光纤的长度为10mm。

4.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，纳米环形腔阵列设置在光纤中部。

5.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，采用轮式侧抛技术对光纤进行抛磨来制作侧抛的D型光纤。

6.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，光纤通过两端的光纤连接头分别与光源以及光谱分析仪连接。

7.根据权利要求1所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器，其特征在于，所述纳米环形腔阵列的表面还镀有一层SiO₂膜。

8.如权利要求1至7中任一所述的基于D型光纤和纳米环形腔的在线分子检测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，取一根光纤，并对光纤中的一段进行抛磨形成一段侧抛的D型光纤；

步骤2，取一方形水槽，清洗后吹干放置；

步骤3，配置聚苯乙烯胶体微球溶液，采用乳液聚合的方式合成胶体微球，胶体微球的直径为580nm，微球直径偏差率为0.2％，聚苯乙烯胶体微球溶液的体积百分比浓度为0.1％，聚苯乙烯胶体微球溶液溶剂为去离子水；

步骤4，配置乙醇溶液，其体积百分比浓度为0.1％、溶剂为去离子水；

步骤5，将步骤1制作的光纤固定于水槽中，加入纳米离子水溶液并使光纤位于纳米离子水溶液液面的下方；

步骤6，将步骤3配置的聚苯乙烯胶体微球溶液滴加于纳米离子水溶液液面的上方，同时滴加步骤4中的乙醇溶液，形成单层薄膜，并放置待有机溶剂挥发完全；

步骤7，滴加十二烷基硫酸钠溶液于单层薄膜上方，使单层薄膜聚集有序；

步骤8，在水槽中添加正硅酸乙酯溶液，静置24小时，同时对水槽进行紫外照射，在单层薄膜中的聚苯乙烯胶体微球的间隙形成凝胶，完成微球薄膜的制备，其中，凝胶未完全覆盖聚苯乙烯胶体微球；

步骤9，降低水槽中液体的液面，使得微球薄膜覆盖在侧抛的D型光纤的侧抛表面，静置干燥；

步骤10，采用反应离子刻蚀的方法对微球薄膜中的聚苯乙烯胶体微球未被凝胶覆盖的部分由顶部向内进行刻蚀形成一个环形凹槽，并在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面进行交替镀膜，形成纳米环形腔阵列，具体为：

10.1，将光纤水平放置且D型光纤的侧抛表面朝上作为基底；

10.2，将基底沿其表面法向量倾斜45度后，在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面镀金属膜；放平基底并将基底水平旋转90度后再沿其表面法向量倾斜45度后，在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面再次镀金属膜；

10.3，基底恢复至步骤10.2的起始状态，将基底沿其表面法向量倾斜45度后，在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面再次镀半导体膜；放平基底并将基底水平旋转90度后再沿其表面法向量倾斜45度后，在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面再次镀半导体膜；

10.4，采用步骤10.2和10.3的方法，在刻蚀后的聚苯乙烯胶体微球表面依次交替镀金属膜和半导体膜，形成由内向外由金属膜-半导体膜-金属膜-半导体膜-金属膜-半导体膜交替构成的纳米环形腔；

步骤11，选择性湿法腐蚀纳米环形腔底部的金属/半导体材料，从而在D型光纤的侧抛表面形成纳米环形腔阵列；

步骤12，在纳米环形腔阵列的表面镀一层SiO₂膜作为介质，以隔离保护。