[发明专利]一种螺旋锥金属探针及其用于液体梯度折射率测量的方法

权利要求书

1.一种螺旋锥金属探针，其特征在于，所述螺旋锥金属探针包括光刻胶螺旋锥形介质层和薄金属镀层，所述光刻胶螺旋锥形介质层包括一个圆锥底座结构以及圆锥表面的半椭圆螺旋光栅结构，该螺旋锥金属探针使用白光进行激发，在锥尖表面形成表面等离子体倏逝波，进而实现对环境的折射率检测。

2.权利要求1所述的一种螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将1×2单模光纤耦合器的耦合端光纤剥去涂覆层，利用光纤切割刀切平光纤端面，并将其固定于一个具有单轴位移台的光纤夹具上，在夹具前端固定一块玻片，调节位移台使得光纤端面靠近玻片，在玻片边缘滴上光刻胶导流至光纤端面，使光纤端面完全浸没于光刻胶中；

(2)将光纤夹具固定于激光直写平台中，通过计算机系统编写程序控制激光直写平台，首先通过振镜模式在光纤端面打印圆锥型结构，随后使用压电模式打印沿着圆锥表面的半椭圆螺旋光栅结构，之后将光纤从夹具上取下，先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶，随后将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液，取出后光纤表面的异丙醇溶液可在室温下自然挥发；

(3)将光纤转移至磁控溅射镀膜机，固定光纤使其端面朝上，在光纤端面的结构表面进行镀膜，设定镀膜功率和镀膜时间，镀膜完成后即得所述螺旋锥金属探针；

(4)将螺旋锥金属探针固定好，通过一个物镜将光源注入光纤耦合器的一个分端口，入射光通过光纤耦合器传输至耦合端，照射在光纤端面的螺旋锥金属探针上，反射光反向传输至光纤耦合器进入另一个分端口由光谱仪采集，至此完成对光纤传感系统的搭设，开展下一步测量；

(5)将螺旋锥金属探针放在一个两种不同折射率的溶液对流的管道中，采集测量对流过程中测得其所在位置的折射率；

(6)将螺旋锥金属探针固定在一个位移平台上，控制探针在梯度折射率分布的液体中扫描同时采集数据，经数据处理即可测得液体中的折射率分布。

3.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(1)中，光纤端面与玻片的间距控制在螺旋锥结构的高度之上以确保有充足空间制备结构，同时使得光纤端面完全浸没于光刻胶中。

4.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(2)中，将光纤从夹具上取下，先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶，浸润时间不少于20分钟，确保未反应的光刻胶完全溶解。

5.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(2)中，将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液，浸润时间不少于3分钟，确保附着在探针表面的显影液完全溶解。

6.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(3)中，设定镀膜功率为50W-100W。

7.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(3)中，设定镀膜时间为50秒-115秒。

8.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(3)中，镀膜靶材为金。

9.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(4)中，使用白光激光作为光源。

10.根据权利要求2-9任一项所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法，其特征在于，步骤(5)中，采集的折射率经数据处理得到折射率随时间的变化曲线，曲线陡变的时间间隔即为响应时间。