[发明专利]光纤拉曼雷达及其设计方法

权利要求书

1.一种光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光纤拉曼雷达包括：

光纤；

拉曼雷达，光刻于所述光纤的第一端面；

所述拉曼雷达包括三维光栅和抛物面；所述三维光栅和所述抛物面对拉曼激发光是共焦的；所述三维光栅用于当所述拉曼激发光入射时，在所述三维光栅表面激发出表面等离子体的共振，从而实现所述三维光栅表面附近的电场增强而产生增强的拉曼信号；所述抛物面用于对所述拉曼激发光进行会聚和对所述三维光栅表面增强的拉曼信号进行收集；

所述三维光栅包括光刻胶光栅和第一镀膜；

所述抛物面包括光刻胶抛物面和第二镀膜；

所述第一镀膜为三层，由内向外依次为150～200纳米厚的金膜或银膜、20纳米厚的二氧化硅膜、20纳米厚的金纳米颗粒层；

所述第二镀膜为一层150～200纳米厚的金膜或银膜；

所述光纤采用可见光波段的多模光纤，直径为300微米；

所述三维光栅为半球形，所述半球形的表面为仙人球结构；

所述抛物面的顶端设置有一通孔，所述通孔的直径与所述三维光栅的直径相同。

2.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光纤的第一端面是经过抛光处理的光滑面。

3.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光刻胶光栅的直径为64微米，光栅周期为590纳米。

4.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光刻胶抛物面的直径为300微米，高度为75微米。

5.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述抛物面的底部设置有三个出气孔，用于排出所述抛物面内存留的气体。

6.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光刻胶抛物面为两层结构。

7.根据权利要求1所述的光纤拉曼雷达，其特征在于，所述光刻胶光栅和光刻胶抛物面采用的光刻胶均为负胶，型号为IP-L 780。

8.一种用于权利要求1所述的光纤拉曼雷达的制备方法，其特征在于，所述光纤拉曼雷达的制备方法包括：

步骤一、选择光纤，并对所述光纤的第一端面进行抛光处理；

步骤二、利用3D光刻机在所述光纤的第一端面写出光刻胶拉曼雷达结构并进行显影及固化；所述光刻胶拉曼雷达结构包括光刻胶三维光栅结构和光刻胶抛物面结构；所述光刻胶三维光栅结构和所述光刻胶抛物面结构对所述拉曼激发光是共焦的；

步骤三、对所述固化后的光刻胶拉曼雷达镀膜；

步骤四、将所述光刻胶三维光栅结构最外层的镀膜转化为纳米颗粒层，得到光纤拉曼雷达；

所述步骤一中的所述光纤采用可见光波段的多模光纤，直径为300微米；

所述步骤二中“利用3D光刻机在所述光纤的第一端面写出所述光刻胶拉曼雷达并进行显影及固化”的步骤具体为，给定拉曼激发光的波长，采用飞秒激光双光子3D光刻技术，在所述第一端面写出所述光刻胶三维光栅结构，再根据所述拉曼激发光的波长和所述三维光栅结构写出所述光刻胶抛物面结构，最后进行显影及固化；

所述步骤三具体为，利用蒸镀设备在所述光刻胶三维光栅结构表面蒸镀上三层膜，由内向外依次为150～200纳米厚的金膜或银膜、20纳米厚的二氧化硅膜、20纳米厚的金膜，在所述光刻胶抛物面结构的表面蒸镀一层150～200纳米厚的金膜或银膜。

9.根据权利要求8所述的光纤拉曼雷达的制备方法，其特征在于，所述步骤一中“对所述光纤的第一端面进行抛光处理”的步骤包括：

依次采用型号为800型、2400型、4000型砂纸中的其中至少一个对所述第一端面进行研磨以提高所述第一端面的平整性；

利用颗粒直径大约在300nm的金刚砂粉末进行抛光以提高所述第一端面的光滑度。

10.根据权利要求8所述的光纤拉曼雷达的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述光刻胶三维光栅结构直径为64微米，光栅周期为590纳米。

11.根据权利要求8所述的光纤拉曼雷达的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述光刻胶抛物面结构的直径为300微米，高度为75微米。

12.根据权利要求8所述的光纤拉曼雷达的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述光刻胶抛物面结构为两层结构。