[发明专利]一种磁光双控光纤SPR传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种磁光双控光纤SPR传感器的制备方法，该方法以金纳米团簇量子点和稀土Eu²⁺掺杂的抗磁玻璃光纤为基础构建光纤SPR传感器，实现了优质发光强磁性材料的磁光双控，即使在微弱待测物质折射率变化的情况下，也可通过增加磁场或调谐光信号等技术使发光信号的等离子信号增强，提高了传感器灵敏度，具有成本低、便捷灵活、实时远程检测、传感灵敏度高的优点，可广泛用于光纤技术中的生物、医学传感和环境监测等领域。

技术领域

本发明属于光纤SPR传感器制备领域，具体是一种磁光双控光纤SPR传感器的制备方法。

背景技术

光纤SPR传感将能量高度密集的等离子体共振场汇聚于“头发丝”大小的光纤波导上，可实现“信息获取”与“信号传输”集于一体的高精度、高速率、远距离测量，不受电磁干扰，基于小巧灵活等优点成为近十年来发展最为迅速的传感技术之一；然而，由于现有普通光纤材料磁性极弱，现有光纤SPR传感采用的是单一的光控传感模式，再加上现有普通光纤不具备磁性，通过磁场调控传感信号无法实现，使得现有光纤SPR传感器的传感灵敏度不能借助其他手段得以增强，只能凭借发光中心本身的参数比如浓度，形貌尺寸等实现发光性能的控制；此外，虽然SPR周围环境物理参数变化非常敏感，然而在待测物质浓度较小的情况下，液体折射率或介电常数的变化值极其微小，所产生的共振信号和发光信号也很微弱，传感灵敏度受到限制，比如现有的一般丙酮和苯气体传感器对丙酮的敏感检出限仅有1-5ppm，稍微先进的气体传感器也只能达到0.48ppm，因此迫切需要高质量高灵敏的生物传感器，保障人体和环境的健康。

磁场调控具有无源、非接触、快速、灵敏度高和成本低的独特优势，若是能将磁场调控与光控结合起来实现磁光双控，将给光纤等离子传感技术带来非凡的优势和诱人的前景，如何实现磁光双控传感是本领域科研工作者面临的挑战。

发明内容

良好的发光性能和强磁性材料是实施磁光双控光纤SPR传感的基础，也是增大光纤SPR 传感灵敏度的关键，金纳米团簇（Au₂₅）是介于原子与纳米粒子之间的新型无毒发光量子点，有非凡的光致发光和强烈的表面等离子共振性能，而且，Au₂₅自由电子具备量子约束并导致离散电子能级带隙变大，使Au₂₅在可见光范围具有高度旋光磁性；不同于Eu³⁺，稀土Eu²⁺ 由于半填充Eu4f能级的7/2自旋和局部磁矩之间的交换作用，使激发光在Eu5d和6s轨道形成的导带中产生扩展电子和激子，产生较大磁矩并展现强抗磁性质，而且在磁场作用下其晶格产生畸变，晶格参数发生变化或进而影响发光离子所处的晶体场强度，致使Eu²⁺的能级结构发生精细劈裂，改变发光性质，因此Eu²⁺具备优异的磁控发光性能。

本发明的目的在于提供一种磁光双控光纤SPR传感器的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷；该方法以金纳米团簇量子点和稀土Eu²⁺ 掺杂的抗磁玻璃光纤为基础构建光纤SPR传感器，基于金纳米团簇量子点和稀土Eu²⁺ 优异的发光性能、等离子性能以及抗磁玻璃光纤的强磁光性能，不仅可以通过磁场调节金纳米团簇和稀土Eu²⁺晶格常数、晶体场、能量转移和带隙能量大小来控制金纳米团簇和Eu²⁺发光及抗磁光纤内磁光效应，而且由于金纳米团簇的带隙能量受形貌、尺寸、结构和环境影响较大，也可同时通过调节激发光频率和强度达到对发光性能的有效控制，实现了优质发光强磁性材料的磁光双控，即使在微弱待测物质折射率变化的情况下，也可通过增加磁场或调谐光信号等技术使发光信号的等离子信号增强，达到提高传感器灵敏度的目的。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种磁光双控光纤SPR传感器的制备方法，包括以下步骤：