[發明專利]基于二次增強的表面增強拉曼探頭的制作方法

無效

• 申請號: 201310010207.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103048308A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 鄧啟凌;夏良平;尹韶云;李志煒;杜春雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及一種傳感技術，具體地說是一種新型的具有高靈敏特性的表面增強拉曼探頭，該探頭利用金屬微尖與金屬顆粒組合形成二次局域，以增強拉曼散射強度，獲得高靈敏特性。

背景技術

拉曼光譜具有指紋特性，其光譜特性反映物質的分子結構，其強度反映物質的含量，在生物分析、環境監測、爆炸物安全監測、物質鑒定以及食品安全檢測等方面具有非常廣泛的應用。傳統激光拉曼光譜的信號非常弱，通過金屬微納結構的表面增強，可使拉曼信號增強幾個數量級，即表面增強拉曼光譜。具有表面增強拉曼光譜的金屬結構包括納米光柵、孔陣列以及各種粒子結構等。目前的表面增強拉曼光譜的排布方式主要為探測物位于增強結構與入射激光之間，該排布方式雖能獲得較高的拉曼增強因子，但對于不透光物質，入射光無法穿透探測物而到達增強結構的表面，從而無法實現拉曼增強。表面增強拉曼探頭的排布方式則不同，探測物與入射激光位于增強結構的不同側面，因此入射光無需經過探測物即可到達增強結構表面。同時，表面增強拉曼探頭結構可制作于光纖端面，并與光源及光譜儀集成，從而實現遠距離遙感以及生物活體的內窺探測。然而，該排布方式的增強因子較低，無法與前一種排布方式相比，導致其探測靈敏度較低。這是由于探頭結構只利用了金屬結構的一次局域作用，而一次局域獲得的場增強是有限的。2009年Ashwin?Gopinath等人通過大粒子的局域場激發了小粒子的二次局域，從而獲得了極高的電磁場增強，這為高靈敏的表面增強拉曼探頭的實現奠定了基礎。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有表面增強拉曼探頭測器低靈敏的限制，提供一種表面增強拉曼探頭測器的制作方法，通過金屬結構的二次局域增強，實現了該探頭測器高靈敏度的表面增強拉曼探測。

本發明的技術解決方案：基于二次增強的高靈敏表面增強拉曼探頭的制作方法，所述高靈敏表面增強拉曼探頭由基底、金屬膜和金屬納米顆粒組成，表面增強拉曼探頭的制作步驟如下：

步驟S1：選擇基底的材料及金屬膜的材料；基底為四棱錐微體結構；

步驟S2：根據金屬/介質介面的表面等離子體波的波矢匹配條件，確定計算四棱錐微尖結構激發的沿微尖側壁、微尖底部向微尖傳播的表面等離子體波的波長，計算表面等離子體波長滿足關系：

λspp=λ0ϵd+ϵmϵdϵm---(1)]]>

其中，ε_d，ε_m分別為基底材料和金屬材料的介電常數，λ₀為入射激光波長，λ_spp為表面等離子體波長；

步驟S3：由于微尖結構底部不同邊緣激發的沿尖端傳播的表面等離子體波相互干涉成駐波，在干涉的波腹位置具有最強的初次局域場，使微尖尖端位于干涉的波腹中，由此設計微尖結構參數滿足以下關系：

h/cosθ=2n+14λspp---(2)]]>