[发明专利]光纤端面沉积金属纳米颗粒分层阵列的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米光学技术领域，更具体地，涉及一种光纤端面沉积金 属纳米颗粒分层阵列的方法及装置。

背景技术

光纤作为一种特殊的光波导在现代社会中发挥着重要的作用。具备柔 性化、远距离传输、不易受电磁干扰等特点，近年来在传感领域应用非常 广泛，特别是同纳米光学的结构。在光纤端面沉积结构以后，在表面等离 子体共振传感器和表面增强拉曼光谱测量领域具有非常重要的作用。面向 于生物化学领域的传感技术，作为传感器件需要考虑可重复性、低成本、 大批量等因素。周期性的纳米结构能保持较高的可重复性，在光纤上沉积 这种类型的结构往往较难，一般这种结构是采用基于电子束的方法在光纤 端面制备出金属纳米天线，可重复性较高，但成本很高而且制备工艺十分 复杂。人们采用分子自组装的方法，通过在光纤表面进行硅烷化处理，形 成一层单分子层，再将光纤端面浸入金银纳米溶胶中，在表面形成一层金 属纳米颗粒层，这种方法简单，但是可控性不好，排列不规则。另一种方 法叫光还原法沉积，通过在光纤一端耦合进激光，另一端浸入含有还原剂 的银离子溶液中，在光照作用下，银离子会被还原成银纳米颗粒，出射后 在光纤端面形成一定的光场分布，在相应处就会产生银纳米颗粒，通过控 制光纤的出射光斑形状，能实现金银纳米颗粒的可控制备，这种方法简单 高效，但是较难实现批量化生产。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤端面沉 积金属纳米颗粒分层阵列的方法及装置，在光纤端面直接沉积周期性排列 的银纳米颗粒，实现高性能光纤探针的简单高效制备。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤端面沉积 金属纳米颗粒分层阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)先后用食人鱼洗液和硅烷溶液对光纤端面进行预处理，在光纤端 面形成一层易于同金属纳米颗粒牢固结合的单分子层；

(2)配制含有金属盐和还原剂的还原溶液，使两束激光在还原溶液中 相交并产生干涉；

(3)将光纤端面置于还原溶液中两束激光的相交区域，在光纤端面形 成与干涉光斑对应的周期性金属纳米颗粒分层阵列。

优选地，所述金属盐为硝酸银或氯金酸盐，所述还原剂为柠檬酸钠。

优选地，所述还原溶液中，所述金属盐的浓度为0.5～5mmol/L，所述还 原剂和所述金属盐的摩尔比为1:(1～5)。

优选地，通过调整两束激光的夹角，使二者的干涉周期产生可控变化， 进而调节金属纳米颗粒分布的周期。

优选地，通过调整光纤端面与干涉光束的夹角，改变干涉条纹在光纤 端面的分布周期，进而调节金属纳米颗粒分布的周期。

按照本发明的另一方面，提供了一种光纤端面沉积金属纳米颗粒分层 阵列的装置，其特征在于，包括激光光源、扩束器、半透半反分光镜、第 一反射镜、第二反射镜和反应容器；所述扩束器设置在所述激光光源的输 出光路上，所述半透半反分光镜设置在所述扩束器的输出光路上，所述第 一反射镜设置在所述半透半反分光镜的透射光的输出光路上，所述第二反 射镜设置在所述半透半反分光镜的反射光的输出光路上，所述第一反射镜 的反射光和所述第二反射镜的反射光在所述反应容器内相交并产生干涉； 工作时，所述反应容器中盛有还原溶液，所述第一反射镜的反射光和所述 第二反射镜的反射光的相交区域落在还原溶液中，将光纤端面置于该相交 区域，便能在光纤端面沉积金属纳米颗粒分层阵列。

优选地，所述第一反射镜的倾角固定，所述第二反射镜的倾角可调， 通过调整所述第二反射镜的倾角，调节所述第二反射镜的反射光与所述第 一反射镜的反射光的夹角，使二者的干涉周期产生可控变化，进而调节金 属纳米颗粒分布的周期。

优选地，所述第二反射镜的倾角固定，所述第一反射镜的倾角可调， 通过调整所述第一反射镜的倾角，调节所述第一反射镜的反射光与所述第 二反射镜的反射光的夹角，使二者的干涉周期产生可控变化，进而调节金 属纳米颗粒分布的周期。

优选地，所述半透半反分光镜的分光比为1:1，用于将所述扩束器输出 的光分成两路相互垂直的光束。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有 以下有益效果：

(1)沉积反应的光由两路激光产生干涉形成，避免了光纤对反应光的 影响，使光纤端面银纳米颗粒沉积的可控性更强；