[发明专利]基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置及方法

说明书

本发明公开基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置及方法，所述装置包括：可见光激光器、光纤模式耦合器、光纤探针、待测溶液、拉曼光谱仪、偏振控制器；所述光纤模式耦合器由单模光纤和少模光纤以预设纤芯模式耦合而成；所述可见光激光器与所述光纤模式耦合器连接，所述光纤模式耦合器与所述光纤探针连接，光纤探针末端传输的柱矢量贝塞尔高斯光束作为激发光束，激发的拉曼散射信号通过光纤模式耦合器的少模光纤端收集并到达所述拉曼光谱仪分析。本发明结构简单，高效紧凑，能够有效提高表面增强拉曼散射信号的强度，柱矢量贝塞尔高斯光束的自愈特性对厚透明样本、弱散射样本和毫米级厚度的散射样本的更深层的检测有良好的效果。

技术领域

本发明涉及表面增强拉曼散射激发技术领域，特别是涉及基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置及方法。

背景技术

生物药物分析需要大量的临床药物分析数据，同时也需要快速、准确、高选择性和灵敏的分析方法。SERS(Surface Enhancement of Raman Scattering,表面增强拉曼散射)技术通过LSPR(Localized Surface Plasmon Resonance,局域表面等离子体共振)实现，在亚波长范围内产生电场增强效应，增强光与物质作用，实现拉曼信号的增强。此外，因为SERS具有实时监测药物浓度的潜力，对在体内和在线进行的分析方法更为有利。由于局部表面等离子体的激发依赖于光的偏振，因此对不同模式的光纤激发光的研究是增强SERS信号的一个重要突破。

径向矢量光束能在焦点处产生极强的纵向光场分量，在超分辨成像、粒子捕获、拉曼散射增强等方面有很多应用。有研究结果表明高阶模式具有更强的SERS效应。贝塞尔光束的分布不随光束的传播而变化，具有“无衍射”的性质。贝塞尔光束的另一个吸引人之处是其“自愈合”的能力，即如果其中心光束遇到障碍物时，外围的光瓣会在障碍物之后“修复”中心光束的缺失。环状光束聚焦后形成的贝塞尔光束的中心光斑半径小于高斯光束的半径，对厚透明样本、弱散射样本和毫米级厚度的散射样本的更深层的检测有良好的效果。

综上所述，寻找一种高效紧凑的利用矢量贝塞尔高斯光束激发SERS的装置及方法成为研究人员关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，结构简单，高效紧凑，能够有效提高表面增强拉曼散射信号的强度，进而提高药物的检测精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，基于柱矢量贝塞尔高斯光束的SERS激发装置包括：可见光激光器、光纤模式耦合器、光纤探针、待测溶液、拉曼光谱仪、偏振控制器；所述光纤模式耦合器由单模光纤和少模光纤以预设纤芯模式耦合而成；所述单模光纤包括单模光纤输入端、单模光纤输出端；所述少模光纤包括少模光纤输入端、少模光纤输出端；所述可见光激光器与所述单模光纤输入端连接，所述拉曼光谱仪与所述少模光纤输入端连接，所述少模光纤输出端与所述光纤探针连接；所述偏振控制器设置在所述少模光纤输出端，所述光纤探针插设在所述待测溶液中。

优选地，所述单模光纤中光信号的工作模式为LP₀₁模式，所述少模光纤中光信号的工作模式为LP₁₁模式。

优选地，所述光纤模式耦合器通过控制所述单模光纤、所述少模光纤的直径比进行相位匹配，将所述少模光纤中光信号的工作模式为转换为LP₁₁模式。

优选地，所述少模光纤为若干根光纤构成的光纤阵列或一根多芯光纤，所述多芯光纤中基于多芯纤芯阵列同时传输多个LP₁₁模式。

优选地，所述单模光纤与所述少模光纤的输出功率比为1:9。

优选地，所述光纤探针基于自生长微尖进行制作，将金属纳米粒子通过静电沉积的方式镀到微尖上，形成探针。