錐形光纖表面增強(qiáng)拉曼散射研究.pdf

1、拉曼散射效應(yīng)是由于介質(zhì)分子本身的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)造成入射光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生能量交換，使散射后的散射光頻率發(fā)生改變。和紅外光譜一樣，它屬于分子振動(dòng)光譜，可反映介質(zhì)分子本身的結(jié)構(gòu)、價(jià)鍵、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)等特性。拉曼散射效應(yīng)在通常情況下非常微弱，在實(shí)際應(yīng)用中，需要運(yùn)用某種形式的增強(qiáng)技術(shù)。本論文通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究一種基于單模光纖熔融拉伸雙錐區(qū)表面光纖漸逝波拉曼傳感測(cè)量技術(shù)。 本論文的第一章首先簡(jiǎn)要介紹了課題研究的目的和意義。然

2、后回顧了拉曼效應(yīng)和拉曼光譜技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應(yīng)用。最后簡(jiǎn)要概述了本論文的主要研究?jī)?nèi)容。 本論文的第二章首先簡(jiǎn)要介紹了介質(zhì)中光的各種散射的定義、成因、分類及性質(zhì)。隨后，著重介紹了拉曼散射的物理機(jī)理：產(chǎn)生斯托克斯光(Stokes)和反斯托克斯光(Anti-Stokes)的物理過程，拉曼散射光譜的特點(diǎn)和拉曼散射的兩種理論解釋-古典理論和量子理論。其次，回顧總結(jié)了表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scatt

3、ering，SERS）的發(fā)展歷史和SERS效應(yīng)主要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理本質(zhì)。最后，著重介紹了SERS兩種增強(qiáng)機(jī)理-電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)理和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理。 本論文的第三章著重介紹了對(duì)于光纖漸逝波傳感器理論模型仿真的結(jié)果。首先，簡(jiǎn)要介紹了光纖漸逝波的原理，漸逝波產(chǎn)生的物理機(jī)理，給出了光在光纖纖芯與包層界面處透射深度的計(jì)算解析式，這為SERS光纖拉曼傳感的研究奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。對(duì)于光纖漸逝波傳感器的理論建模分兩部分來表述：射線追蹤法和波動(dòng)方程

4、的數(shù)值解法。對(duì)于射線追蹤法，分別給出了常規(guī)單模光纖和熔融雙錐光纖在不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)下透射深度的變化曲線，同時(shí)，還給出了其傳輸損耗的分析計(jì)算結(jié)果。對(duì)于波動(dòng)方程的數(shù)值解法，重點(diǎn)介紹其求解的過程，給出了二層和三層同軸光纖模型的數(shù)值計(jì)算結(jié)果以及傳輸場(chǎng)的三維場(chǎng)分布。 本論文的第四章首先簡(jiǎn)要介紹了新型SERS活性基底的分類。隨后以金屬溶膠法制作出SERS的活性基底，以若丹明(R6G)溶液為表面增強(qiáng)拉曼散射的檢測(cè)分子，詳細(xì)介紹了銀溶膠溶液的配制

5、過程、溶液屬性標(biāo)定等。給出了R6G、銀溶膠及其混合溶液的分析吸收光譜。 本論文的第五章分別以Renishaw plc共焦顯微拉曼光譜測(cè)試系統(tǒng)和ANDOR SR-3031-B光纖顯微拉曼光譜測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試并成功地獲得了R6G分子的拉曼光譜。進(jìn)一步將銀溶膠固化在不同結(jié)構(gòu)類型的光纖表面，同樣獲得了R6G分子的拉曼光譜圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：熔融拉錐光纖與SERS結(jié)合以實(shí)現(xiàn)光纖SERS是完全可行的。 本論文的第六章為總結(jié)和展望。簡(jiǎn)要總