【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)屬于光纖傳感，尤其涉及基于體等離子體極化激元的光纖傳感器及制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、光纖傳感技術(shù)是一種基于光纖的全光路傳感技術(shù)，光纖傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離、高速度的信號(hào)傳輸，且抗電磁干擾能力強(qiáng)，傳輸損耗低；其次，光纖傳感器能夠同時(shí)進(jìn)行多參數(shù)的測(cè)量，且測(cè)量精度高；此外，光纖傳感器會(huì)利用納米壓印等工藝將具有傳感功能的檢測(cè)元件集成到光纖的端面，這使得光纖傳感器具有小型化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)和大規(guī)模傳感系統(tǒng)的建設(shè)。
2、根據(jù)傳感器的工作原理，光纖傳感器可以分為光纖熒光傳感器、光纖折射率傳感器、光纖表面等離子共振傳感器等，本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓饫w傳感器為基于表面等離子體共振機(jī)理的光纖傳感器，表面等離子體共振(surface?plasmon?resonance，簡(jiǎn)稱spr)是一種物理光學(xué)現(xiàn)象，發(fā)生在金屬與電介質(zhì)界面處；表面等離子體共振的激發(fā)主要是通過光與金屬表面上的自由電子相互作用來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)光束入射到金屬薄膜表面時(shí)，光束中的電磁場(chǎng)分量會(huì)在金屬薄膜與介質(zhì)層之間傳播，當(dāng)入射光的波長(zhǎng)與金屬表面的自由電子振蕩頻率相匹配時(shí)，光能被金屬表面的自由電子吸收，使電子發(fā)生共振振蕩，這種共振振蕩形成的波動(dòng)稱為表面等離子體波；表面等離子體共振主要分為表面等離極化激元(surfaceplasmonpolaritons,spp)和局部表面等離激元(localized?surface?plasmon,lsp)這兩大類。
3、局部表面等離激元(lsp)傳感器靈敏度通常較低，如應(yīng)用在牛血清白蛋白抗體測(cè)試中的鋁納米柱的靈
4、光纖傳感器端面的具有傳感功能的檢測(cè)元件會(huì)影響光纖傳感器的檢測(cè)限和靈敏度，例如cn?112816442?b，一種光纖傳感器及檢測(cè)方法]就使用了周期性排列的條狀凸起金屬結(jié)構(gòu)組作為傳感檢測(cè)組件，并調(diào)整傳感檢測(cè)組件的材質(zhì)、規(guī)格、周期來調(diào)整光纖傳感器的檢測(cè)限和靈敏度，以獲得目標(biāo)樣品折射率在檢測(cè)限范圍內(nèi)，且靈敏度更高的光纖傳感器；除了對(duì)光纖傳感器端面的具有傳感功能的檢測(cè)元件的材質(zhì)、規(guī)格進(jìn)行調(diào)整之外，目前光纖傳感器也會(huì)引入棱鏡調(diào)整入射光，來改善光纖傳感器的檢測(cè)限和靈敏度，例如cn?115389469a，一種表面等離子體共振傳感裝置及抗生素濃度檢測(cè)方法]就提供了一種采用棱鏡進(jìn)行增敏的傳感器，但是由于使用到棱鏡的原因，不利于光纖傳感器微型化和便攜化，但不使用棱鏡，又難以很好的提高光纖傳感器的靈敏度；目前傳感檢測(cè)組件的材質(zhì)、規(guī)格、周期，以及入射角都會(huì)影響光纖傳感器的檢測(cè)限和靈敏度；因此，有必要對(duì)光纖傳感器的組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以獲得性能更好的光纖傳感器。
5、除了常見的表面等離極化激元(surface?plasmonpolaritons,spp)和局部表面等離激元(localized?surface?plasmon,lsp)這兩大類之外，在對(duì)光纖傳感器的組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)之后，可以激發(fā)體等離子體極化激元(bulk?plasmon?polariton，bpp)，基于bpp模式的等離子體傳感器有望制備超高靈敏度光纖傳感器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝嘶隗w等離子體極化激元的光纖傳感器及制備方法和應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏高靈敏度的光纖傳感器的技術(shù)問題。
2、本申請(qǐng)第一方面提供了一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，包括光纖、金屬衍射光柵、耦合層、傳感檢測(cè)組件；
3、所述光纖的光纖端面設(shè)置所述金屬衍射光柵；
4、所述金屬衍射光柵表面設(shè)置所述耦合層；
5、所述耦合層表面設(shè)置所述傳感檢測(cè)組件；
6、所述傳感檢測(cè)組件包括金屬薄膜、金屬納米圓柱陣列，所述金屬薄膜耦合所述金屬納米圓柱陣列。
7、優(yōu)選的，所述傳感檢測(cè)組件中金屬薄膜的厚度為10～30nm；
8、所述傳感檢測(cè)組件中金屬納米圓柱陣列的直徑為80～120nm，高度為300～400nm，間距為100～200nm。
9、優(yōu)選的，所述金屬衍射光柵的寬度為400～800nm，高度范圍為30～60nm，間距為800～1300nm。
10、優(yōu)選的，所述耦合層的高度為50～150nm。
11、優(yōu)選的，所述耦合層的材質(zhì)包括si3n4。
12、本申請(qǐng)第二方面提供了一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器的制備方法，可制備第一方面所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，制備方法包括步驟：
13、步驟s1、將光刻膠旋涂在光纖的光纖端面表面，依次經(jīng)過曝光、顯影得到光柵狀固化光刻膠；
14、步驟s2、利用電子束蒸鍍工藝將金屬膜沉積在光柵狀固化光刻膠表面，去除光柵狀固化光刻膠得到金屬衍射光柵；
15、步驟s3、利用磁控濺射工藝將si3n4沉積在金屬衍射光柵表面，得到si3n4耦合層；
16、步驟s4、利用電子束蒸鍍工藝將金屬膜沉積在si3n4耦合層表面，得到金屬薄膜；
17、步驟s5、將pmma旋涂到金膜表面，通過電子束曝光對(duì)pmma進(jìn)行刻蝕，得到具有納米圓柱陣列狀孔洞的pmma；
18、步驟s6、通過電鍍將金屬離子沉積到納米圓柱陣列狀孔洞中，去除pmma在金屬薄膜表面耦合金屬納米圓柱陣列。
19、優(yōu)選的，所述光柵狀固化光刻膠的寬度為800～1300nm，高度范圍為30～60nm，間距為400～800nm；
20、所述si3n4耦合層的高度為50～150nm；
21、所述金屬薄膜的高度為10～30nm；
22、所述納米圓柱陣列狀孔洞的直徑為80～120nm，高度為300～400nm，間距為100～200nm。
23、本申請(qǐng)第三方面提供了所述基于體等離子體極化激元的光纖傳感器在氣體或液體檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
24、優(yōu)選的，所述應(yīng)用具體包括：將本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，包括光纖、金屬衍射光柵、耦合層、傳感檢測(cè)組件；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述傳感檢測(cè)組件中金屬薄膜的厚度為10～30nm；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述金屬衍射光柵的寬度為400～800nm，高度范圍為30～60nm，間距為800～1300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述耦合層的高度為50～150nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述金屬衍射光柵、金屬薄膜以及金屬納米圓柱陣列的材質(zhì)包括金、銀或鋁中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述耦合層的材質(zhì)包括Si3N4。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器的制備方法，其特征在于，包括步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求
9.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器在氣體或液體檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器在氣體或液體檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用具體包括：將所述光纖傳感器上的傳感檢測(cè)組件放置到氣體或液體待測(cè)物內(nèi)，所述光纖入射光束后得到反射光譜圖，根據(jù)不同折射率待測(cè)物的反射光譜曲線圖，判斷待測(cè)物的折射率。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，包括光纖、金屬衍射光柵、耦合層、傳感檢測(cè)組件；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述傳感檢測(cè)組件中金屬薄膜的厚度為10～30nm；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述金屬衍射光柵的寬度為400～800nm，高度范圍為30～60nm，間距為800～1300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述耦合層的高度為50～150nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元的光纖傳感器，其特征在于，所述金屬衍射光柵、金屬薄膜以及金屬納米圓柱陣列的材質(zhì)包括金、銀或鋁中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于體等離子體極化激元...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張輝，余滿林，李俊明，王志超，何苗，趙韋人，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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