金屬納米顆粒的光纖傳感器研究.pdf

1、納米傳感技術(shù)近年來(lái)發(fā)展成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。本論文基于金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，結(jié)合光纖傳感技術(shù)，對(duì)金屬納米顆粒的光纖傳感特性進(jìn)行了研究。理論上，采用離散偶極子近似研究了金屬納米顆粒的局域表面等離子體共振和局域電場(chǎng)增強(qiáng)特性。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)化學(xué)合成法制備金屬納米球和納米棒。利用不同結(jié)構(gòu)光纖如：去包層的多模石英光纖、石英光纖錐形探針、聚合物光纖錐形探針，光子晶體光纖，分別研制了光纖局域表面等離子體共振消光傳感器，石英光纖錐形表面增強(qiáng)拉曼

2、散射(SERS)探針，聚合物光纖錐形SERS探針以及寬譜的實(shí)芯光子晶體光纖SERS傳感器。 本論文主要研究工作和成果如下： 1.理論上，利用離散偶極子近似算法研究了金屬納米球形的局域表面等離子體特性。分析了基底與金屬納米顆粒，顆粒與顆粒之間的相互耦合作用對(duì)局域表面等離子體共振消光傳感特性影響。實(shí)驗(yàn)中，采用化學(xué)自組裝技術(shù)制備了光纖局域表面等離子體共振消光傳感器，測(cè)量其對(duì)周?chē)橘|(zhì)環(huán)境的折射率傳感特性，獲得99±4nm/RIU

3、靈敏度。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論基本一致，光纖基底和顆粒團(tuán)簇對(duì)局域表面等離子體共振峰和傳感靈敏度有重要的影響。 2.采用拉錐和化學(xué)自組裝法制備了石英光纖SERS錐形探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)10-6M濃度的4MBA分子SERS信號(hào)的探測(cè)。為了改善光纖錐形SERS探針的柔韌性，提高其實(shí)用性。提出了基于金納米棒的聚合物光纖SERS錐形探針。理論上研究了金納米棒的橫向、縱向局域表面等離子體的局域場(chǎng)增強(qiáng)特性。實(shí)驗(yàn)中制備了聚合物光纖SERS錐形探針，采用TER

4、S結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光纖SERS結(jié)構(gòu)，有效的避免了聚合物光纖自身強(qiáng)的拉曼散射背景，獲得了109量級(jí)的R6G分子的拉曼增強(qiáng)。 3.研制了基于實(shí)芯光子晶體光纖的寬譜SERS傳感器。理論上提出，除了倏逝場(chǎng)機(jī)制外，在該光纖SERS結(jié)構(gòu)中泄漏模機(jī)制在SERS的激勵(lì)和信號(hào)的收集中起到重要的作用。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)可見(jiàn)光514.5nm和近紅外光785nm的激勵(lì)，演示了對(duì)10-6M的4MBA分子SERS信號(hào)的測(cè)量，驗(yàn)證寬譜的特性。結(jié)果分析表明，寬譜SERS

5、特性依賴于銀納米顆粒團(tuán)簇體的表面等離子體共振強(qiáng)度，實(shí)芯光子晶體光纖的SERS激勵(lì)和收集效率以及分子自身的拉曼散射截面。 本文創(chuàng)新點(diǎn)主要包括： 1.提出并制備了基于金納米棒的聚合物光纖SERS錐形探針，利用TERS結(jié)構(gòu)克服了聚合物光纖自身強(qiáng)的拉曼散射背景的影響，在實(shí)驗(yàn)中獲得了109量級(jí)的R6G分子的拉曼增強(qiáng)，該結(jié)果對(duì)發(fā)展制作一次性光纖SERS探針有重要的意義。 2.研制了寬譜的光子晶體光纖SERS傳感器。理論上提出