[发明专利]一种纳米网格结构的光纤传感头

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，特别是一种纳米网格结构的光纤传感头。

背景技术

光纤传感器是利用光纤技术和光学原理，将感受的被测量转换成可用输出信号。光纤传感器可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感头有：触点式光纤液位传感器传感头，光纤电流传感器传感头，金属材料腐蚀光纤光栅传感头，光纤温度传感头等等。但是做基于局域场表面拉曼增强效应(SERS)的传感头很少。

1974年，Fleishmann等人发现，对光滑银电极表面进行粗糙化处理后，首次获得吸附在银电极表面上单分子层吡啶分子的高质量的拉曼光谱。随后Van Duyne及其合作者通过系统的实验和计算发现吸附在粗糙银表面上的每个吡啶分子的拉曼散射信号与溶液相中的吡啶的拉曼散射信号相比，增强约6个数量级(即10⁶倍)，指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，称为SERS效应。利用SERS的研究，在多方面开展起来。如已经用这一技术研究了腐蚀、催化的中间产物，金属及热分解过程，毒品的鉴定，蔬菜水果表面农药的残留的检测，墨迹中微量成分的分析等等。由于巨大的增强，上述检测大多可达10^-9克的量级。在一些特别情况下，人们还在努力进行单个分子的检测。因此为了获得更大的增强因子，科研人员提出了各种微结构的传感头，有双介质层三明治结构，光子晶体结构，金属纳米圆盘阵列结构，棋盘式结构，金属纳米孔阵列结构等各种传感头。但是存在着各种问题：1传感装置体积庞大；2共振波长与激励波长不一致，激励效率低；3光源偏振影响共振峰，从而影响增强因子不稳定。因此我们提出了纳米网格结构的传感头，可以克服以上缺点，并体现出双共振峰的独特优点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种纳米网格结构的光纤传感头，基于表面拉曼增强效应，能够减小传感装置体积，提高激励效率，减小光纤传感头对光源的依赖性等技术问题。

本发明解决技术问题的技术方案是：

一种基于局域场表面拉曼增强效应的纳米网格结构的光纤传感头，包括包层和纤芯，所述纤芯由折射率高低不同的两种长度相等的玻璃材料交替排列组合形成，所述玻璃材料截面均为矩形，所形成的纤芯的截面为呈网格状的矩形。而且，所述纤芯的一端截面上，所有低折射率的玻璃材料均被刻蚀一定的深度，所有高折射率的玻璃材料镀有一层金膜，从而该纤芯截面形成为高低不平的粗糙面。所述纤芯的另一端截面表面平齐，形成光滑表面，用于与普通光纤熔合。

本发明的主要优点有：

1)共振波长具有稳定性，对环境不敏感，使增强因子稳定，从而使传感器工作稳定。

2)消光谱具有双共振峰，使局域场大大的增强，从而增大了散射截面，具有更高的灵敏度。

3)因结构具有高度的对称性，所以对偏振的影响可以忽略。详细见下表。

附图说明

图1为传感头的截面示意图，左边是整体结构，右边是纤芯局部放大图。

图2为不同环境下的消光谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的光纤传感头包括包层(1)和纤芯(2)，所述包层(1)为直径为126μm的圆柱，折射率为1.65，所述纤芯(2)截面为矩形，尺寸大小为6μm×6μm，由多根折射率分别为1.5和1.7的两种玻璃材料(3，4)在xy平面交替排列形成，所述玻璃材料(3，4)截面均为200nm×200nm的矩形，从而将矩形的纤芯截面划分成30×30阵列的网格状。所述纤芯(2)的一端截面上，所有低折射率的玻璃材料(3)端面沿轴向z被刻蚀掉10nm的深度，而没有刻蚀的高折射率材料(4)沿轴向z镀上矩形的Au膜，大小为200nm，厚度为60nm。整个传感头的在轴向z方向的长度是70μm。

实施例2：