金屬納米顆粒的光纖傳感器研究.pdf

1、納米傳感技術近年來發(fā)展成為國內(nèi)外研究的熱點之一。本論文基于金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)的光學特性，結(jié)合光纖傳感技術，對金屬納米顆粒的光纖傳感特性進行了研究。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增強特性。實驗中，通過化學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拉曼

2、散射(SERS)探針，聚合物光纖錐形SERS探針以及寬譜的實芯光子晶體光纖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局域表面等離子體共振消光傳感特性影響。實驗中，采用化學自組裝技術制備了光纖局域表面等離子體共振消光傳感器，測量其對周圍介質(zhì)環(huán)境的折射率傳感特性，獲得99±4nm/RIU

3、靈敏度。實驗現(xiàn)象與理論基本一致，光纖基底和顆粒團簇對局域表面等離子體共振峰和傳感靈敏度有重要的影響。 2.采用拉錐和化學自組裝法制備了石英光纖SERS錐形探針，實現(xiàn)了對10-6M濃度的4MBA分子SERS信號的探測。為了改善光纖錐形SERS探針的柔韌性，提高其實用性。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增強特性。實驗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的拉曼散射背景，獲得了109量級的R6G分子的拉曼增強。 3.研制了基于實芯光子晶體光纖的寬譜SERS傳感器。理論上提出，除了倏逝場機制外，在該光纖SERS結(jié)構(gòu)中泄漏模機制在SERS的激勵和信號的收集中起到重要的作用。實驗中通過可見光514.5nm和近紅外光785nm的激勵，演示了對10-6M的4MBA分子SERS信號的測量，驗證寬譜的特性。結(jié)果分析表明，寬譜SERS

5、特性依賴于銀納米顆粒團簇體的表面等離子體共振強度，實芯光子晶體光纖的SERS激勵和收集效率以及分子自身的拉曼散射截面。 本文創(chuàng)新點主要包括： 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的拉曼散射背景的影響，在實驗中獲得了109量級的R6G分子的拉曼增強，該結(jié)果對發(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