[發(fā)明專利]光纖拉曼雷達(dá)及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410589856.7
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104267020B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮勝飛;謝振威;張巖
• 申請（專利權(quán)）人: 首都師范大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京億騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所11309
• 代理人: 陳霽

1.一種光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光纖拉曼雷達(dá)包括：

光纖；

拉曼雷達(dá)，光刻于所述光纖的第一端面；

所述拉曼雷達(dá)包括三維光柵和拋物面；所述三維光柵和所述拋物面對拉曼激發(fā)光是共焦的；所述三維光柵用于當(dāng)所述拉曼激發(fā)光入射時(shí)，在所述三維光柵表面激發(fā)出表面等離子體的共振，從而實(shí)現(xiàn)所述三維光柵表面附近的電場增強(qiáng)而產(chǎn)生增強(qiáng)的拉曼信號；所述拋物面用于對所述拉曼激發(fā)光進(jìn)行會聚和對所述三維光柵表面增強(qiáng)的拉曼信號進(jìn)行收集；

所述三維光柵包括光刻膠光柵和第一鍍膜；

所述拋物面包括光刻膠拋物面和第二鍍膜；

所述第一鍍膜為三層，由內(nèi)向外依次為150～200納米厚的金膜或銀膜、20納米厚的二氧化硅膜、20納米厚的金納米顆粒層；

所述第二鍍膜為一層150～200納米厚的金膜或銀膜；

所述光纖采用可見光波段的多模光纖，直徑為300微米；

所述三維光柵為半球形，所述半球形的表面為仙人球結(jié)構(gòu)；

所述拋物面的頂端設(shè)置有一通孔，所述通孔的直徑與所述三維光柵的直徑相同。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光纖的第一端面是經(jīng)過拋光處理的光滑面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光刻膠光柵的直徑為64微米，光柵周期為590納米。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光刻膠拋物面的直徑為300微米，高度為75微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述拋物面的底部設(shè)置有三個(gè)出氣孔，用于排出所述拋物面內(nèi)存留的氣體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光刻膠拋物面為兩層結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)，其特征在于，所述光刻膠光柵和光刻膠拋物面采用的光刻膠均為負(fù)膠，型號為IP-L 780。

8.一種用于權(quán)利要求1所述的光纖拉曼雷達(dá)的制備方法，其特征在于，所述光纖拉曼雷達(dá)的制備方法包括：

步驟一、選擇光纖，并對所述光纖的第一端面進(jìn)行拋光處理；

步驟二、利用3D光刻機(jī)在所述光纖的第一端面寫出光刻膠拉曼雷達(dá)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行顯影及固化；所述光刻膠拉曼雷達(dá)結(jié)構(gòu)包括光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)和光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)；所述光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)和所述光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)對所述拉曼激發(fā)光是共焦的；

步驟三、對所述固化后的光刻膠拉曼雷達(dá)鍍膜；

步驟四、將所述光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)最外層的鍍膜轉(zhuǎn)化為納米顆粒層，得到光纖拉曼雷達(dá)；

所述步驟一中的所述光纖采用可見光波段的多模光纖，直徑為300微米；

所述步驟二中“利用3D光刻機(jī)在所述光纖的第一端面寫出所述光刻膠拉曼雷達(dá)并進(jìn)行顯影及固化”的步驟具體為，給定拉曼激發(fā)光的波長，采用飛秒激光雙光子3D光刻技術(shù)，在所述第一端面寫出所述光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)，再根據(jù)所述拉曼激發(fā)光的波長和所述三維光柵結(jié)構(gòu)寫出所述光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行顯影及固化；

所述步驟三具體為，利用蒸鍍設(shè)備在所述光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)表面蒸鍍上三層膜，由內(nèi)向外依次為150～200納米厚的金膜或銀膜、20納米厚的二氧化硅膜、20納米厚的金膜，在所述光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)的表面蒸鍍一層150～200納米厚的金膜或銀膜。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖拉曼雷達(dá)的制備方法，其特征在于，所述步驟一中“對所述光纖的第一端面進(jìn)行拋光處理”的步驟包括：

依次采用型號為800型、2400型、4000型砂紙中的其中至少一個(gè)對所述第一端面進(jìn)行研磨以提高所述第一端面的平整性；

利用顆粒直徑大約在300nm的金剛砂粉末進(jìn)行拋光以提高所述第一端面的光滑度。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖拉曼雷達(dá)的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所述光刻膠三維光柵結(jié)構(gòu)直徑為64微米，光柵周期為590納米。

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖拉曼雷達(dá)的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所述光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)的直徑為300微米，高度為75微米。

12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖拉曼雷達(dá)的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所述光刻膠拋物面結(jié)構(gòu)為兩層結(jié)構(gòu)。