[發(fā)明專利]基于表面等離激元效應(yīng)的45度光纖傳感器及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810236247.1
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108279208B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪海彬;潘超;王婷婷;葛益嫻;常建華;劉清惓;倪波;周俊萍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/552
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發(fā)明公開了一種基于表面等離激元效應(yīng)和45度拋光切角光纖式傳感器及其制作方法，其主要結(jié)構(gòu)是由金屬納米孔陣列結(jié)構(gòu)粘接在45度拋光切角的光纖上形成的，該傳感器的原理是光纖中的光經(jīng)過45度拋光面折射后會耦合到金屬納米孔陣列，并在金屬陣列附近激發(fā)表面等離子體激元，并由來自光纖另一端的光譜分析儀進(jìn)行分析，隨著周圍環(huán)境折射率的變化，會引起納米孔陣列表面等離激元諧振峰的偏移，表現(xiàn)在反射光譜上就是窄帶共振峰值段的偏移，反射光譜上窄帶共振峰值和外界環(huán)境有一一對應(yīng)關(guān)系，由此可以計(jì)算得到外界的環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖式傳感器，尤其涉及一種基于表面等離激元的45度角光纖式傳感器，屬于光學(xué)測量及傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖是一種很好的光傳輸波導(dǎo)，具有重量輕，體積小，傳輸距離長，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感器以其靈敏度和精度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于建筑、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、以及國防等領(lǐng)域。

表面等離激元是存在于金屬和介質(zhì)界面的一種特殊的電磁波，表面等離激元共振模式傳播的情況下，對電場和磁場有很強(qiáng)的束縛特性，在垂直于界面的方向上，場強(qiáng)隨距離的增大呈指數(shù)衰減，在沿著界面的方向上，金屬中的場強(qiáng)和電荷分布以縱波的方式傳播。等離共振時(shí)，電磁場的能量限制在界面上很小的局域部分，可以用于在小結(jié)構(gòu)中傳導(dǎo)光束，隨著環(huán)境折射率或者說界面上電介質(zhì)的折射率增加，表面等離激元的共振峰會發(fā)生紅移，可以利用這種現(xiàn)象精確的測量局域的折射率的變化，作為環(huán)境傳感有很重要的作用。

納米金屬孔陣列具有良好的光學(xué)特性，即較于宏觀尺寸的物體和其他納米孔陣列，貴金屬的共振吸收峰易于出現(xiàn)紅移，而且，貴金屬納米孔陣列有強(qiáng)的散射光，使得其在紫外可見吸收光譜，暗場顯微成像，以及局域等離子體共振，表面增強(qiáng)拉曼散射光譜，生物傳感器，生物醫(yī)學(xué)成像等研究領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種將納米金屬孔陣列與光纖結(jié)合的傳感器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種基于表面等離激元效應(yīng)的45度切角光纖式傳感器，包括PU基底和光纖，所述PU基底一側(cè)設(shè)有納米孔陣列，所述光纖一端端部設(shè)有45度切角，所述PU基底另一側(cè)粘附在光纖壁與光纖端部呈銳角一側(cè)的光纖壁上，光纖設(shè)有45度切角一端端部和PU基底設(shè)有納米孔陣列一側(cè)均涂覆有金屬層。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步設(shè)計(jì)為：還包括玻璃載玻片，所述光纖粘附有PU基底一側(cè)的光纖壁為光滑平面，玻璃載玻片一側(cè)粘附在光纖該側(cè)的光纖壁上，PU基底粘附在玻璃載玻片另一側(cè)上。

所述納米孔陣列為柱形孔陣列，納米孔為盲孔。

所述納米孔的軸向與PU基底的設(shè)置方向相垂直。

所述光纖設(shè)有45度切角一端端部涂覆有銀；PU基底設(shè)有納米孔陣列一側(cè)涂覆有金。

所述PU基底設(shè)有納米孔陣列一側(cè)的側(cè)面以及納米孔底部均涂覆有金。

用于上述基于表面等離激元效應(yīng)的45度切角光纖式傳感器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、取一個(gè)硅片基板，使用電子束曝光技術(shù)在硅片基板上制作納米孔圖案；

步驟2、清洗步驟1中的硅片基板，并用有機(jī)硅烷溶液浸泡基板30分鐘，然后用乙醇和去離子水沖洗在基板上制備的納米孔結(jié)構(gòu)；

步驟3、取3ml可UV固化的聚合物PDMS，并均勻地鋪展在硅片基板的納米孔內(nèi)；

步驟4、將步驟3得到的結(jié)構(gòu)放在60°鼓風(fēng)箱中3小時(shí)，將PDMS從硅片基板上剝離；

步驟5、將PU均勻涂覆在步驟4中剝離得到的PDMS柱形結(jié)構(gòu)上，并用UV光照射60秒；

步驟6、將PU從PDMS膠上分離，得到具有納米孔陣列的PU基底，然后在設(shè)有納米孔的一面沉積90納米厚的金；