[发明专利]高灵敏度光纤表面等离激元传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度光纤表面等离激元传感器及其制备方法，所述传感器包括光纤和设于光纤端面的金薄膜，所述的金薄膜为双周期金圆盘阵列结构，所述的双周期金圆盘阵列结构是采用不同直径的纳米PS微球在金薄膜表面依次通过离子刻蚀得到。本发明具有双周期的特点，将待测液体注入这样的双周期金圆盘结构内，光纤直接依附该结构表面。光源从光纤的另一端进入，或从底部直接照射，通过双周期金圆盘阵列时，一部分光源将被吸收，激光在金属结构的作用下产生可测量的拉曼信号。本发明可以通过光纤将探测光从光源引出，与样品相互作用，又经光纤的收集和传输，将信号光送至监测系统，结构简单，适用于加工生产。

技术领域

本发明涉及光化学传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度光纤表面等离激元传感器及其制备方法。

背景技术

表面等离子体激元(SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式。它的存在最早是由鲁弗斯•里奇在1957年预测，后来随着研究人员不断深入的探索，发现在光的振荡电磁场存在下，金属纳米粒子的自由电子相对于金属晶格发生振荡，此时纳米结构周围的局域光场强度较入射光光场强度而言发生大幅度提高。这个过程是特定频率的光共振，称为表面等离子体共振(SPR)。表面等离子体共振自20世纪90年代首次用于生物系统的实时分析以来，由于其具备实时性、无标签性和非侵入性的特点，已成为生物化学、生物学和医学领域的一项重要的光学生物传感技术。但由于金属孔阵列的非连续性，金属表面的电子数目将大量减少，在公正波长增强的电场通过金属或介质界面迅速衰减，所以金属孔阵列中同时存在表面等离子激元（SPP）和局域表面等离子体共振(LSPR)。

近年来，利用纳米粒子和纳米孔径几何形状的等离子体生物传感器因能满足需求而受到广泛关注。T. W. Ebbesen等人最早对纳米孔阵列光学性质进行研究，研究表明在适当条件下，金属薄膜中的单个纳米孔可能以类似的方式支持LSPR，对如何在近电场的范围内控制光子的运动给出了一个明确的答案，同时也为人们如何对光的使用和控制提供了一个新的途径。随后，国内外许多研究针对影响投射增强效应的几个参数，如金属材料及周期结构等方面进行进一步探讨。大部分结构是在纳米孔阵列中覆盖一层金属薄膜或在基底上制造金属纳米孔阵列。但采用多周期结构的纳米粒子制备不规则孔阵列的方法却鲜有涉及与研究，随着传感器技术的不断发展，人们对这种结构传感器的期望也越来越高，特别是，纳米孔阵列具有很高的应用前景。

因此，将光纤直接依附在多周期纳米金圆盘阵列表面，制备完成的光纤具有极的高度灵敏度，能够快速准确得从光谱仪中判断是否存在所测物质，更加小型化、智能化、便捷化。主要运用于机场海关违禁物的检测、珠宝行业真伪鉴别及食品行业等一些重要的领域。

发明内容

本发明的目的在于改变传统圆形孔阵列，提供种高灵敏度光纤表面等离激元传感器及其制备方法，利用纳米球刻蚀出一种不规则的多周期纳米孔阵列结构，光源进入光纤后，由于SP激发和耦合效应，一部分的光将被金圆盘阵列吸收，从而出现在示波器上的波形将会出现尖锐的、反对称的峰谷线形，同一金膜也可以制备出多个不同周期的图案，形成多个吸收峰，呈现出全新的光学特性，可用于光学传感研究。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种高灵敏度光纤表面等离激元传感器，包括光纤和设于光纤端面的金薄膜，所述的金薄膜为双周期金圆盘阵列结构，所述的双周期金圆盘阵列结构是采用不同直径的纳米PS微球在金薄膜表面依次通过离子刻蚀得到。

本发明在光纤端面制备周期性纳米金圆盘阵列。通过对光纤进行90°切割或者拉锥的工艺，外界的光从光纤另一端入射，经过光纤传输到有图案的金膜的底部，部分频率的光能够在纳米盘阵列表面激发表面等离激元，同时这部分光的能量转化为表面等离激元，从金纳米盘反射回去的光中这一部分光的强度减小，通过解调反射光，可以得到激发表面等离激元的波长，从而实现实时传感检测等应用。