[发明专利]一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法

说明书

本发明公开了一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，该宽压缩装置包括单模光纤、微泡腔、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光镜；所述单模光纤的端部设置有微泡腔，所述微泡腔的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光镜。本发明提供的光纤微泡薄膜层F‑P微腔结构调制情况下，LSPR散射谱将受到微腔窄谐振模式调制，出现多条窄线宽谱峰，其线宽将主要取决于微腔腔长。本发明提供的光纤微泡结构的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩方法及装置，其具有低成本、窄线宽、宽调控范围的优点。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体是涉及一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法。

背景技术

基于金属纳米粒子的局域表面等离激元共振（LSPR）是一种重要的高灵敏度、快速、无标记、集成光学检测技术，在医学诊断、食品卫生、公共安全等领域具有重要应用价值。LSPR 最大特点是其共振波长和电场增强程度与纳米粒子尺寸、结构、组分及表面折射率密切相关，具有良好的调谐性和表面电场增强效果。LSPR 的检测机理是通过测量分析物对LSPR共振峰的信号强度、相位、偏振以及激发角度等参数的影响进行分析。测量LSPR散射或吸收谱峰变化是最常用的LSPR 检测方式。

但由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，导致其局域表面等离激元共振谱线宽相对较宽，品质因子相对较低。这使其很难分辨纳米量级以下的波长移动，难以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求。所以，探索如何压缩LSPR线宽，是进一步提高LSPR纳米生物传感器检测灵敏度、促进LSPR生物检测技术继续发展的关键问题。

针对这一关键问题，现有技术采用多种结构来改善LSPR线宽特性。如利用周期性金属纳米粒子阵列的远场辐射耦合作用，在合理设计金属纳米粒子的尺寸以及粒子间距条件下，可使金属纳米粒子阵列的消光谱中产生尖锐的窄线宽远场偶极辐射共振峰。另外，利用按一定位置、间距排布的金属纳米粒子多聚体杂化结构的近场耦合作用，也可产生具有较窄线宽的Fano共振散射峰，这也可以明显提高局域表面等离激元共振传感的品质因子。

但这些方法通常需要严格控制金属纳米粒子尺寸、形貌和间距等参数，所需实验条件都比较苛刻。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，用以解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，导致其局域表面等离激元共振谱线宽相对较宽，品质因子相对较低，很难分辨纳米量级以下的波长移动，难以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，包括单模光纤、薄膜层微泡、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光片；所述单模光纤的端部设置有薄膜层微泡，所述薄膜层微泡的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微物镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光片。

优选的，通过化学修饰方法将金属纳米粒子设置微泡腔的外表面。

优选的，所述分光片上端单模光纤传输方向设置有CCD摄像机。

优选的，在所述分光片右端单模光纤传输方向的垂直方向上设置有光纤光谱仪。

优选的，所述薄膜层微泡结构包括空心微泡腔和微泡顶部薄膜层，所述微泡顶部薄膜层和金属纳米粒子构成一种复合结构的Fabry-Perot微腔结构。

优选的，所述金属纳米粒子厚度d1为1-70纳米，修饰在光纤微泡腔薄膜外表面；所述微泡薄膜层厚度d2为0.3-3微米，即300-3000纳米。

优选的，所述金属纳米粒子厚度d1和微泡薄膜层厚度d2之间满足d1·d2大于等于450小于等于205000。