[發(fā)明專利]一種高效激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810092571.0
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN108152267B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅霆;劉旻;盧凡凡;張文定
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種高效激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射的方法，利用柱狀矢量光場，作為激發(fā)光，從光纖內(nèi)部誘導(dǎo)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)效應(yīng)。利用高SERS活性金屬化錐形光纖作為探針，相比線偏振光激發(fā)，柱狀矢量光場可以顯著增強(qiáng)電磁場從而提高SERS探測靈敏度。柱狀矢量光場從光纖內(nèi)部傳輸至探針末端，在柱狀矢量光場和表面等離激元滿足波矢匹配的情況下，在鍍金屬膜光纖針尖的末端實(shí)現(xiàn)局域表面等離激元共振，進(jìn)而提高激發(fā)拉曼信號(hào)的強(qiáng)度，其中柱狀矢量光場利用電控可調(diào)諧聲致光柵在光纖中直接產(chǎn)生。本發(fā)明操作簡單，拉曼增強(qiáng)效果顯著，同時(shí)裝置簡單易集成，可用于固體粉末、液體、氣體三種體系的拉曼信號(hào)檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面增強(qiáng)拉曼，領(lǐng)域涉及一種激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射的方法。

背景技術(shù)

表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)(SERS)，因其能顯著增強(qiáng)材料本征拉曼信號(hào)的特性，成為分析檢測分子的重要工具，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、食品安全等眾多領(lǐng)域。表面增強(qiáng)拉曼通常通過局域表面等離共振(LSPR)來實(shí)現(xiàn)。局域表面等離共振(LSPR)可以在亞波長尺度內(nèi)產(chǎn)生顯著的電場增強(qiáng)效應(yīng)，增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)拉曼信號(hào)的增強(qiáng)。許多納米貴金屬結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)生LSPR效應(yīng)，包括納米球、金屬化光纖探針、納米棒及納米光柵等。其中，金屬化光纖具有優(yōu)良的抗干擾和低噪聲的特性，易集成，能在提高探測靈敏度的同時(shí)，使光學(xué)激發(fā)和收集系統(tǒng)得到簡化。

SERS性能與激發(fā)光偏振態(tài)、基底、系統(tǒng)信號(hào)收集方式等眾多因素有關(guān)，其中激發(fā)光偏振態(tài)是關(guān)鍵因素之一。徑向偏振矢量光和角向偏振矢量光，兩種典型的柱狀矢量光，因其特殊的偏振特性被廣泛關(guān)注。徑向偏振矢量光在緊聚焦的情況下能在焦點(diǎn)處產(chǎn)生極強(qiáng)的縱向電場分量，在超分辨成像、粒子捕獲、拉曼散射增強(qiáng)方面有眾多應(yīng)用。考慮到表面增強(qiáng)拉曼主要由納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離激元共振(LSPR)所致，以及角向矢量光與徑向矢量光橫截面偏振分布的對(duì)稱性、特殊性和相似性，另外，金屬化光纖具有抗干擾、低噪聲、易集成的特性，所以徑向偏振矢量光和角向矢量光用于內(nèi)部激發(fā)金屬化光纖拉曼散射在提高SERS探測靈敏度上具有很大潛力。尋找適用于光纖中矢量光產(chǎn)生和傳輸?shù)姆绞剑约皟?yōu)化金屬化光纖的幾何結(jié)構(gòu)和表面形貌以匹配矢量光模式獲得最佳激發(fā)效率成為必要。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射的方法。

技術(shù)方案

一種激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼散射的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、利用可調(diào)諧聲致光柵法在光纖中直接產(chǎn)生柱狀矢量光：將光纖5置于前物鏡4的光路上，前物鏡4的入射光路上依次設(shè)有線偏振光源1、帶通濾波片2和半波片3；濾模器6設(shè)于光纖5位于前物鏡4一端，超聲波發(fā)生器8的輸出端加載于光纖5中部，其輸入端連接射頻發(fā)生器7；

啟動(dòng)線偏振光源1和射頻發(fā)生器7，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波耦合到光纖中傳輸，在光纖中形成線偏振光柵進(jìn)行調(diào)制，通過旋轉(zhuǎn)半波片3以調(diào)節(jié)光源出射光的偏振方向，同時(shí)調(diào)節(jié)射頻發(fā)生器7的頻率直至滿足模式匹配，從而將纖芯中的矢量基模轉(zhuǎn)換為柱狀矢量光場；

步驟2、利用火焰拉錐法和光誘導(dǎo)化學(xué)沉積法制備金屬化光纖探針：采用火焰拉錐法在光纖5的一端制備光纖錐，再采用光誘導(dǎo)無電沉積法在錐形光纖表面鍍貴金屬，得到光纖5的一端的金屬化光纖探針9；

步驟3、利用光纖中柱狀矢量光激發(fā)金屬化光纖表面增強(qiáng)拉曼光譜：將金屬化光纖探針9豎直浸入含有被測物質(zhì)的液體中，或?qū)⒑斜粶y物質(zhì)的液體或者固體粉末涂敷在金屬化光纖探針9表面，將具有金屬化光纖探針9的光纖5置于步驟1所述光路的前物鏡4光路上，金屬化光纖探針9前端設(shè)有后物鏡10，后物鏡10的射出光路上依次設(shè)有長波通帶邊濾波片11、光纖適配器12和拉曼光譜儀13；