[发明专利]一种耦合增强的D型光纤SPR传感器

说明书

本发明公开了一种耦合增强的D型光纤SPR传感器，包括D型光纤结构，所述D型光纤结构的平整截面镀有金膜，所述金膜的表面镀有金纳米球壳。该SPR传感器采用D型光纤结构，通过加大D型光纤的研磨深度，增大了传感器的有效探测面积，并使消逝场能量可以直接与被测物质作用，避免了能量耦合的损耗，提高了传感器的灵敏度。在D型光纤的平整截面上镀一层金膜，在金膜表面固定一层金纳米球壳，由于金纳米球壳内部存在空腔，其独特的结构特征可以有效的提高局域电场的场强。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于金膜和金纳米球壳耦合增强的D型光纤SPR传感器。

背景技术

由于已发现贵金属的表面等离子体激元(SPPs)性质，因此对该现象的基础和应用研究已经广泛开展。SPPs是在外部光电场激发下由贵金属结构中的表面自由电子的集体振荡形成的特殊表面电磁波。一般而言，SPPs分为两种类型：传播表面等离子体激元(PSPPs)和局部表面等离子体(LSPs)。PSPP存在于金属材料和电介质之间的界面处并沿金属表面传播。LSP位于贵金属纳米结构的表面上。当SPP和贵金属上的入射光波之间的相互作用满足一定条件时，发生表面等离子体共振(SPR)，这导致显着的表面电场增强。近十年来，基于SPR 效应的表面增强技术得到了蓬勃发展和广泛关注，并出现了许多研究方向。

近年来，随着纳米材料的深入研究，贵金属纳米复合材料的研究也在不断增加。贵金属纳米结构由于其SPR效应而得到了广泛的研究，这导致表面附近的局部电场显着增强，并可用于增强附近分子的光谱强度。在此基础上，基于 SPR效应的灵敏度检测研究有效地解决了低浓度检测的诸多问题，对于许多领域具有重要意义。然而，随着科学技术的不断发展和进步，各种检测技术的检测灵敏度也越来越高。与具有单一结构的贵金属系统相比，由于表面等离子体之间的杂化相互作用或与材料的相互作用，这些复合结构表现出更丰富和丰富的光学性质。大量的理论和实验结果证实，使用贵金属复合纳米结构可以进一步改善局部电场增强效应，这在敏感检测领域具有很大的潜力。

基于光纤SPR的传感器具有高效率，高灵敏度，所需样品少，无标记和实时检测等特点，已成为光学传感研究领域的热点。尽管基于光纤的SPR传感器已经开发了数十年，但提高光纤SPR传感器的检测灵敏度仍然是该领域持续关注的问题，现有技术中的光纤SPR传感器具有灵敏度低、精度低的缺陷。

发明内容

为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度和精确性较低的问题，本发明提出了一种基于金膜和金纳米球壳耦合增强的D型光纤SPR传感器，具体结构包括：D型光纤结构，所述D型光纤结构包括半圆形截面和平整截面，所述平整截面上镀有金膜，所述金膜的表面镀有金纳米球壳。

所述D型光纤结构的光纤直径为50—1000um，平整截面的宽度为50— 1000um。

所述金膜的厚度为10nm—150nm。

所述金纳米球壳的直径么为10nm—100nm，所述金纳米球壳的壁厚为5nm —45nm。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种耦合增强的D型光纤SPR传感器：该SPR传感器采用D型光纤结构，通过加大D型光纤的研磨深度，增大了传感器的有效探测面积，D形传感光纤激发的消逝场能量高、有效作用面积大，消逝场能量不需要穿过预留的光纤包层，可以直接与被测物质作用，避免了能量耦合的损耗，提高了传感器的灵敏度。在D型光纤的平整截面上镀一层金膜，在金膜表面固定一层金纳米球壳，由于金纳米球壳内部存在空腔，其独特的结构特征可以有效的提高局域电场的场强。当金膜的SPR效应和金纳米球壳的 LSPR效应同时存在时，就会产生相互耦合，这种耦合会导致纳米粒子与金膜之间的局域电场发生增强，进一步提高传感器灵敏度。

附图说明