[发明专利]基于表面等离激元效应的45度光纤传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离激元效应和45度抛光切角光纤式传感器及其制作方法，其主要结构是由金属纳米孔阵列结构粘接在45度抛光切角的光纤上形成的，该传感器的原理是光纤中的光经过45度抛光面折射后会耦合到金属纳米孔阵列，并在金属阵列附近激发表面等离子体激元，并由来自光纤另一端的光谱分析仪进行分析，随着周围环境折射率的变化，会引起纳米孔阵列表面等离激元谐振峰的偏移，表现在反射光谱上就是窄带共振峰值段的偏移，反射光谱上窄带共振峰值和外界环境有一一对应关系，由此可以计算得到外界的环境。

技术领域

本发明涉及一种光纤式传感器，尤其涉及一种基于表面等离激元的45度角光纤式传感器，属于光学测量及传感器技术领域。

背景技术

光纤是一种很好的光传输波导，具有重量轻，体积小，传输距离长，不受电磁干扰等优点。光纤传感器以其灵敏度和精度高等优点广泛应用于建筑、工业生产、医疗、以及国防等领域。

表面等离激元是存在于金属和介质界面的一种特殊的电磁波，表面等离激元共振模式传播的情况下，对电场和磁场有很强的束缚特性，在垂直于界面的方向上，场强随距离的增大呈指数衰减，在沿着界面的方向上，金属中的场强和电荷分布以纵波的方式传播。等离共振时，电磁场的能量限制在界面上很小的局域部分，可以用于在小结构中传导光束，随着环境折射率或者说界面上电介质的折射率增加，表面等离激元的共振峰会发生红移，可以利用这种现象精确的测量局域的折射率的变化，作为环境传感有很重要的作用。

纳米金属孔阵列具有良好的光学特性，即较于宏观尺寸的物体和其他纳米孔阵列，贵金属的共振吸收峰易于出现红移，而且，贵金属纳米孔阵列有强的散射光，使得其在紫外可见吸收光谱，暗场显微成像，以及局域等离子体共振，表面增强拉曼散射光谱，生物传感器，生物医学成像等研究领域中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种将纳米金属孔阵列与光纤结合的传感器。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种基于表面等离激元效应的45度切角光纤式传感器，包括PU基底和光纤，所述PU基底一侧设有纳米孔阵列，所述光纤一端端部设有45度切角，所述PU基底另一侧粘附在光纤壁与光纤端部呈锐角一侧的光纤壁上，光纤设有45度切角一端端部和PU基底设有纳米孔阵列一侧均涂覆有金属层。

对上述技术方案的进一步设计为：还包括玻璃载玻片，所述光纤粘附有PU基底一侧的光纤壁为光滑平面，玻璃载玻片一侧粘附在光纤该侧的光纤壁上，PU基底粘附在玻璃载玻片另一侧上。

所述纳米孔阵列为柱形孔阵列，纳米孔为盲孔。

所述纳米孔的轴向与PU基底的设置方向相垂直。

所述光纤设有45度切角一端端部涂覆有银；PU基底设有纳米孔阵列一侧涂覆有金。

所述PU基底设有纳米孔阵列一侧的侧面以及纳米孔底部均涂覆有金。

用于上述基于表面等离激元效应的45度切角光纤式传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、取一个硅片基板，使用电子束曝光技术在硅片基板上制作纳米孔图案；

步骤2、清洗步骤1中的硅片基板，并用有机硅烷溶液浸泡基板30分钟，然后用乙醇和去离子水冲洗在基板上制备的纳米孔结构；

步骤3、取3ml可UV固化的聚合物PDMS，并均匀地铺展在硅片基板的纳米孔内；

步骤4、将步骤3得到的结构放在60°鼓风箱中3小时，将PDMS从硅片基板上剥离；

步骤5、将PU均匀涂覆在步骤4中剥离得到的PDMS柱形结构上，并用UV光照射60秒；

步骤6、将PU从PDMS胶上分离，得到具有纳米孔阵列的PU基底，然后在设有纳米孔的一面沉积90纳米厚的金；