本發(fā)明屬于光學(xué)和生物傳感領(lǐng)域，涉及一種金屬微納米結(jié)構(gòu)及端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖。

背景技術(shù)：

表面等離激元(surface plasmon)是金屬表面電荷與光場耦合形成的表面波。此表面波的諧振條件，如波長、強度、出射角等，隨其所處環(huán)境的折射率而變化。因此表面等離激元諧振(surface plasmon resonance，SPR)被用于對環(huán)境折射率進行測量，在生物傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以Biacore為代表的商用設(shè)備將之用于分子相互作用(biomolecule interaction)和分子濃度的測量，在生命科學(xué)研究、藥物篩選和食品工業(yè)均得到大量的應(yīng)用。

如何將SPR與光纖結(jié)合，從而利用光纖導(dǎo)波技術(shù)來方便的激發(fā)SPR并進行傳感，是人們多年來所追求的。周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)具有分布式反饋(distributed feedback，DFB)效應(yīng)，其中周期性結(jié)構(gòu)的各個單元對光場的反射形成干涉，在特定的波長范圍，反射形成的干涉相長，從而光波被周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)強烈地反射。這個效應(yīng)被用在分布式反饋半導(dǎo)體激光器中，其中為了得到單模激射，通常在DFB結(jié)構(gòu)中插入長度為四分之一導(dǎo)波波長的相位移動部分，從而形成DFB諧振腔，對應(yīng)的諧振光場在相位移動部分的附近空間振蕩。

如何提供一種金屬微納米結(jié)構(gòu)及端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖，以實現(xiàn)高性能SPR與光纖的集成，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個重要技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬微納米結(jié)構(gòu)及端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中SPR與光纖集成困難、性能有待提高的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種金屬微納米結(jié)構(gòu)，包括金屬薄膜及形成于所述金屬薄膜中的微納米圖案，其中：

所述微納米圖案將所述金屬薄膜劃分為周期性結(jié)構(gòu)及嵌入所述周期性結(jié)構(gòu)中的缺陷結(jié)構(gòu)；所述缺陷結(jié)構(gòu)破壞所述周期性結(jié)構(gòu)的局部周期性；所述周期性結(jié)構(gòu)至少在一個維度上的周期T滿足0.75λ＜T＜1.25λ，其中λ為所述金屬薄膜與介質(zhì)交界面形成的表面等離激元的波長；所述表面等離激元可在所述缺陷結(jié)構(gòu)中或所述缺陷結(jié)構(gòu)及其附近區(qū)域進行諧振。

可選地，所述周期性結(jié)構(gòu)的空間傅里葉變換所對應(yīng)的二階傅里葉分量造成表面等離激元的帶隙，所述波長λ處于此帶隙內(nèi)，基于分布式反饋的原理，所述周期性結(jié)構(gòu)不支持波長為λ的表面等離激元沿金屬薄膜與介質(zhì)的交界面方向傳播。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)為分布式反饋諧振腔結(jié)構(gòu)，其中，所述缺陷結(jié)構(gòu)為相位移動結(jié)構(gòu)，用于在所述帶隙內(nèi)引入一個缺陷態(tài)的表面等離激元諧振模式。

可選地，當與波長為λ的表面等離激元具有同樣頻率的光從垂直或傾斜于金屬薄膜的方向入射于所述金屬微納米結(jié)構(gòu)，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)能夠把入射光耦合到所述表面等離激元并產(chǎn)生所述諧振。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)是將呈周期性排列的組成單元中的一個或多個組成單元的尺寸進行改變，其中，被改變尺寸的組成單元構(gòu)成所述缺陷結(jié)構(gòu)，其余未被改變尺寸的組成單元構(gòu)成所述周期性結(jié)構(gòu)。

可選地，所述改變尺寸是將組成單元至少一個維度上的寬度進行改變。

可選地，所述缺陷結(jié)構(gòu)在所述維度上的寬度W滿足0.75L＜W＜1.25L，其中L為設(shè)定值，且滿足L＝n·λ+λ/4，n為大于或等于0的整數(shù)。

可選地，所述周期性結(jié)構(gòu)包括一維周期性結(jié)構(gòu)及周期性結(jié)構(gòu)中的至少一種。

可選地，所述微納米圖案包括若干納米線槽；這些納米線槽貫穿所述金屬薄膜的上表面及下表面，將所述金屬薄膜劃分為若干金屬薄膜單元；其中一部分金屬薄膜單元呈周期性排列，構(gòu)成所述周期性結(jié)構(gòu)；另一部分金屬薄膜單元嵌入于呈周期性排列的金屬薄膜單元中，構(gòu)成所述缺陷結(jié)構(gòu)。

可選地，所述納米線槽的寬度范圍是5-200nm。

可選地，呈周期性排列的金屬薄膜單元為多邊形。

可選地，所述多邊形包括三角形、正方形、長方形、六邊形中的任意一種。

可選地，所述金屬薄膜的厚度范圍是5-200nm。

可選地，所述金屬薄膜的材質(zhì)為Au。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)在具有同一周期的周期性結(jié)構(gòu)中嵌入有多個所述缺陷結(jié)構(gòu)，以形成多個表面等離激元諧振模式。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)包括多個不同周期的所述周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的所述缺陷結(jié)構(gòu)，以形成多個表面等離激元諧振模式。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)包括兩個不同周期的所述周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的所述缺陷結(jié)構(gòu)，以形成分別位于所述金屬薄膜上表面及下表面的兩個表面等離激元諧振模式。

本發(fā)明還提供一種端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)采用上述任意一項所述的金屬微納米結(jié)構(gòu)。

可選地，所述端面與光纖軸線之間的角度范圍是82°-98°。

可選地，所述端面與光纖軸線之間的角度范圍是88°-92°。

可選地，所述端面與所述金屬微納米結(jié)構(gòu)之間通過粘合劑相連接。

可選地，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)與光纖的芯層對準，用于與入射的光纖導(dǎo)波耦合形成所述諧振。

可選地，所述光纖為單模光纖。

如上所述，本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)及端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)在周期性結(jié)構(gòu)中嵌入了缺陷結(jié)構(gòu)，在所述金屬薄膜與介質(zhì)的交界面形成的波長為λ的表面等離激元可在所述缺陷結(jié)構(gòu)中或所述缺陷結(jié)構(gòu)及其附近區(qū)域進行諧振。

(2)本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)以同一個周期性結(jié)構(gòu)既實現(xiàn)入射光波到表面等離激元的耦合，又實現(xiàn)對表面等離激元在沿金屬薄膜與介質(zhì)界面方向傳播的分布式反饋，以限制其在缺陷結(jié)構(gòu)附近的空間振蕩，前者通過周期性結(jié)構(gòu)的空間傅里葉變換的一階傅里葉分量實現(xiàn)，后者通過其二階傅里葉分量實現(xiàn)，即本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)可以通過同一個周期性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)兩種功能(耦合與反射)，無需在周期性結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置額外的反射結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)更為簡單、易加工的優(yōu)點。

(3)本發(fā)明具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖結(jié)合了單模光纖系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定、體積小、使用靈活等優(yōu)點，利用金屬微納米結(jié)構(gòu)作為分布式反饋(DFB)諧振腔結(jié)構(gòu)，高效地激發(fā)了表面等離激元諧振(SPR)，可以進行各種光纖探測應(yīng)用，例如用于測量周圍折射率的變化、聲波探測等。其在生物方面也具有較多潛在應(yīng)用，通過對金結(jié)構(gòu)表面進行化學(xué)修飾，可以捕獲特定的分子，并通過檢測表面等離激元諧振譜的變化得到被捕獲分子的各類信息。

附圖說明

圖1a-1b顯示為本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為圖1b所示結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

圖3顯示為金膜金屬微納米結(jié)構(gòu)中央部分的掃描電鏡顯微圖。

圖4-圖5顯示為本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)中組成周期性結(jié)構(gòu)的金屬薄膜單元為六角形時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)在具有同一周期的周期性結(jié)構(gòu)中嵌入有多個缺陷結(jié)構(gòu)時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)包括兩個不同周期的周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的缺陷結(jié)構(gòu)時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明的端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9顯示為采用本發(fā)明的端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖測量液體折射率的實驗裝置圖。

圖10顯示為甲醇、水、乙醇、丙醇、丁醇的歸一化反射譜。

圖11顯示為各諧振波長關(guān)于折射率的變化曲線。

元件標號說明

1 金屬微納米結(jié)構(gòu)

101 納米線槽

102、103 金屬薄膜單元

2 光纖

a、b、c、d 金屬薄膜單元的尺寸

e、e1、e2 二維周期性結(jié)構(gòu)的周期

f、f1、f2 缺陷結(jié)構(gòu)的寬度

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖11。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的形態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實施例一

本發(fā)明提供一種金屬微納米結(jié)構(gòu)，包括金屬薄膜及形成于所述金屬薄膜中的微納米圖案，其中：

所述微納米圖案將所述金屬薄膜劃分為周期性結(jié)構(gòu)及嵌入所述周期性結(jié)構(gòu)中的缺陷結(jié)構(gòu)；所述缺陷結(jié)構(gòu)破壞所述周期性結(jié)構(gòu)的局部周期性；所述周期性結(jié)構(gòu)至少在一個維度上的周期T滿足0.75λ＜T＜1.25λ，其中λ為所述金屬薄膜與介質(zhì)交界面形成的表面等離激元的波長；所述表面等離激元可在所述缺陷結(jié)構(gòu)中或所述缺陷結(jié)構(gòu)及其附近區(qū)域(靠近缺陷結(jié)構(gòu)10微米左右范圍)進行諧振。

需要指出的是，λ為所述金屬薄膜與介質(zhì)交界面形成的表面等離激元的波長，而不是同樣頻率的光在真空中的波長。

具體的，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)是將呈周期性排列的組成單元中的一個或多個組成單元的尺寸進行改變，其中，被改變尺寸的組成單元構(gòu)成所述缺陷結(jié)構(gòu)，其余未被改變尺寸的組成單元構(gòu)成所述周期性結(jié)構(gòu)。所述改變尺寸是將組成單元至少一個維度上的寬度進行改變，例如長度或?qū)挾取?/p>

具體的，所述周期性結(jié)構(gòu)包括一維周期性結(jié)構(gòu)及二維周期性結(jié)構(gòu)中的至少一種。

作為示例，請參閱圖1a及圖1b，分別顯示為所述金屬微納米結(jié)構(gòu)1的一種平面結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1a中所述周期性結(jié)構(gòu)為一維周期性結(jié)構(gòu)，圖1b中所述周期性結(jié)構(gòu)為二維周期性結(jié)構(gòu)。

具體的，所述微納米圖案包括若干納米線槽101；這些納米線槽貫穿所述金屬薄膜的上表面及下表面，將所述金屬薄膜劃分為若干金屬薄膜單元；其中一部分金屬薄膜單元102呈周期性排列，構(gòu)成所述周期性結(jié)構(gòu)；另一部分金屬薄膜單元103嵌入呈周期性排列的金屬薄膜單元中，構(gòu)成所述缺陷結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述金屬薄膜的厚度范圍是5-200nm，所述納米線槽的寬度范圍是5-200nm。

作為示例，圖1b中示出了所述金屬薄膜單元的尺寸a、b、c、d，其中a與b分別為組成所述二維周期性結(jié)構(gòu)的金屬薄膜單元102的長度與寬度，c與d分別為兩個維度上的組成所述缺陷結(jié)構(gòu)的金屬薄膜單元103的寬度。

需要指出的是，以上所謂“長度”、“寬度”只是相對而言，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。例如組成所述二維周期性結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元102的長度與寬度是以圖1的視角，分別指所述金屬薄膜單元102在橫向與縱向上的寬度；而組成所述缺陷結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元103的寬度是指該金屬薄膜單元103在切斷所述二維周期性結(jié)構(gòu)周期的維度上的寬度，因此雖然c與d分別處于不同的維度(橫向與縱向)，但均表示組成所述缺陷結(jié)構(gòu)的金屬薄膜單元103的寬度。

本實施例中，組成所述二維周期性結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元102為正方形，組成所述缺陷結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元103為長方形，因此a＝b，c＝d。在其它實施例中，組成所述周期性結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元102也可以為長方形，即a≠b，相應(yīng)的，c≠d。

作為示例，如圖1a所示，所述缺陷結(jié)構(gòu)位于所述一維周期性結(jié)構(gòu)中間，將其分為均勻的兩部分。

作為示例，如圖1b所示，在兩個維度上(橫向及縱向)均分布有所述缺陷結(jié)構(gòu)，且所述缺陷結(jié)構(gòu)的中心與所述周期性結(jié)構(gòu)的中心重合。本實施例中，兩個維度上的缺陷結(jié)構(gòu)呈十字交叉，將所述周期性結(jié)構(gòu)分割為均勻的四部分。

所述缺陷結(jié)構(gòu)可以為連續(xù)的金屬線，也可以為點斷式金屬線。圖1a及圖1b中顯示為所述缺陷結(jié)構(gòu)在一個維度上呈周期性排列的情形(均勻點斷式)。

請參閱圖2，顯示為圖1b所示結(jié)構(gòu)的局部放大圖，其中顯示了在橫向維度上所述二維周期性結(jié)構(gòu)的周期e及相應(yīng)的缺陷結(jié)構(gòu)的寬度f。

具體的，所述缺陷結(jié)構(gòu)在相應(yīng)維度上的寬度W滿足0.75L＜W＜1.25L，其中L為設(shè)定值，且滿足L＝n·λ+λ/4，n為大于或等于0的整數(shù)。

本實施例中，T優(yōu)選為等于λ，L優(yōu)選為等于λ/4。具體到圖2中，即滿足缺陷結(jié)構(gòu)的寬度f＝e/4。

請參閱圖3，顯示為金膜金屬微納米結(jié)構(gòu)中央部分的掃描電鏡顯微圖。本實施例中，納米線槽的寬度為50nm，周期性結(jié)構(gòu)的周期為645nm(對應(yīng)自由空間波長約等于850nm的電磁波在金-水界面激發(fā)的表面等離激元諧振波長)，深度為55nm。金膜被納米線槽貫穿，故厚度也為55nm。這種結(jié)構(gòu)可在金-水交界面上形成對應(yīng)865-877nm自由空間波長的表面等離激元帶隙(以下簡稱SP帶隙)。所述缺陷結(jié)構(gòu)位于周期性金屬微納米結(jié)構(gòu)中央，寬度約為四分之一的表面等離激元波長，此處，其有金部分的寬度為110nm。相位移動部分在SP帶隙內(nèi)引入一個缺陷態(tài)的SP諧振模式。

以上僅為示例，在其它實施例中，所述周期性結(jié)構(gòu)的周期及所述缺陷結(jié)構(gòu)的寬度也可以根據(jù)需要進行調(diào)整。

在其它實施例中，所述金屬薄膜單元也可以為三角形、六邊形等多邊形中的任意一種。請參閱圖4與圖5，顯示為本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)中組成周期性結(jié)構(gòu)的金屬薄膜單元102為六角形時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，組成所述缺陷結(jié)構(gòu)的所述金屬薄膜單元103既可以為長方形(參見圖4)，也可以為六角形(參見圖5)，且所述周期性結(jié)構(gòu)可以在兩個維度上均嵌入有所述缺陷結(jié)構(gòu)(參見圖4)，也可僅在一個維度上嵌入有所述缺陷結(jié)構(gòu)(參見圖5)。

本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)還可以有其它多種實現(xiàn)方式：

例如，請參閱圖6，顯示為所述金屬微納米結(jié)構(gòu)1在具有同一周期的周期性結(jié)構(gòu)中嵌入有多個所述缺陷結(jié)構(gòu)時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。這種結(jié)構(gòu)可以形成多個表面等離激元諧振模式。

本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)還可以包括多個不同周期的所述周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的所述缺陷結(jié)構(gòu)，同樣可以形成多個表面等離激元諧振模式。其中，當所述金屬微納米結(jié)構(gòu)包括兩個不同周期的所述周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的所述缺陷結(jié)構(gòu)時，若所述周期性結(jié)構(gòu)為圖1a所示的一維周期性結(jié)構(gòu)，則這兩組周期性結(jié)構(gòu)既可以平行排列，也可以垂直排列。當兩組周期性結(jié)構(gòu)垂直排列，且這兩組周期性結(jié)構(gòu)的周期不同、對應(yīng)的缺陷結(jié)構(gòu)的寬度不同時，可以形成兩個不同偏振、不同波長的表面等離激元諧振。

特別的，請參閱圖7，顯示為所述金屬微納米結(jié)構(gòu)1包括兩個不同周期(e1、e2)的二維周期性結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的所述缺陷結(jié)構(gòu)(寬度分別為f1、f2)時的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中這種結(jié)構(gòu)可以形成分別位于所述金屬薄膜上表面及下表面的兩個表面等離激元諧振模式。

需要指出的是，對于兩個周期分別對應(yīng)金屬薄膜上表面及下表面的兩個表面等離激元諧振模式的情形，可以如上述實施例中兩個周期性結(jié)構(gòu)均對應(yīng)有所述缺陷結(jié)構(gòu)，在其它實施例中，也可以只有其中一個周期性結(jié)構(gòu)對應(yīng)有所述缺陷結(jié)構(gòu)，而另一個周期性結(jié)構(gòu)為純周期性結(jié)構(gòu)，即沒有嵌入所述缺陷結(jié)構(gòu)。

以上僅為示例，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)在周期性結(jié)構(gòu)中嵌入了缺陷結(jié)構(gòu)，所述缺陷結(jié)構(gòu)破壞所述周期性結(jié)構(gòu)的局部周期性；。所述周期性結(jié)構(gòu)的空間傅里葉變換所對應(yīng)的二階傅里葉分量造成表面等離激元的帶隙，所述波長λ處于此帶隙內(nèi)，基于分布式反饋的原理，所述周期性結(jié)構(gòu)不支持波長為λ的表面等離激元沿金屬薄膜與介質(zhì)的交界面方向傳播。所述缺陷結(jié)構(gòu)為相位移動結(jié)構(gòu)，用于在所述帶隙內(nèi)引入一個缺陷態(tài)的表面等離激元諧振模式，使得所述金屬微納米結(jié)構(gòu)成為分布式反饋諧振腔。當與波長為λ的表面等離激元具有同樣頻率的光從垂直或傾斜于金屬薄膜的方向入射于所述金屬微納米結(jié)構(gòu)，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)能夠把入射光耦合到所述表面等離激元，并在所述缺陷結(jié)構(gòu)中及其附近區(qū)域進行諧振。

本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)以同一個周期性結(jié)構(gòu)既實現(xiàn)入射光波到表面等離激元的耦合，又實現(xiàn)對表面等離激元在沿金屬薄膜與介質(zhì)界面方向傳播的分布式反饋，以限制其在缺陷結(jié)構(gòu)附近的空間振蕩，前者通過周期性結(jié)構(gòu)的空間傅里葉變換的一階傅里葉分量實現(xiàn)，后者通過其二階傅里葉分量實現(xiàn)，即本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)可以通過同一個周期性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)兩種功能(耦合與反射)，無需在周期性結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置額外的反射結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)更為簡單、易加工的優(yōu)點。

實施例二

本發(fā)明還提供一種端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)采用實施例一種所述的金屬微納米結(jié)構(gòu)。

請參閱圖8，顯示為端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)1的光纖2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體的，所述端面與光纖軸線之間的角度范圍是82°-98°，即所述端面為與光纖2基本垂直的光纖端面。本實施例中，所述端面與光纖軸線之間的角度優(yōu)選為88°-92°。

本實施例中，所述光纖2優(yōu)選采用單模光纖(例如Nufern公司的780-HP)。所述金屬微納米結(jié)構(gòu)1與光纖2的芯層對準，用于與入射的光纖導(dǎo)波耦合形成位于所述缺陷結(jié)構(gòu)中或所述缺陷結(jié)構(gòu)及其附近區(qū)域的表面等離激元諧振。

本實施例中，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)整體的尺寸以50×50μm²為例，其置于光纖端面芯層(core部分)的正上方。當導(dǎo)波模式與所述金屬微納米結(jié)構(gòu)接觸后，會激發(fā)缺陷態(tài)SP諧振。在其它實施例中，所述金屬微納米結(jié)構(gòu)整體的尺寸可以根據(jù)需要進行調(diào)整，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。

具體的，所述端面與所述金屬微納米結(jié)構(gòu)1之間可通過粘合劑(未圖示)相連接。所述粘合劑優(yōu)選采用可通過紫外線固化的材料。

作為示例，所述粘合劑采用丙烯酸甲酯(例如Norland公司NOA81)，此粘合劑同時對傳感所用的光波長透明，其紫外固化波長范圍為100～400nm，固化光強度為1～2000J/cm²，固化時間為5～600s。

本發(fā)明具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖結(jié)合了單模光纖系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定、體積小、使用靈活等優(yōu)點，利用金屬微納米結(jié)構(gòu)作為分布式反饋(DFB)諧振腔結(jié)構(gòu)，高效地激發(fā)了表面等離激元諧振(SPR)，可以進行各種光纖探測應(yīng)用，例如用于測量周圍折射率的變化、聲波探測等。其在生物方面也具有較多潛在應(yīng)用，通過對金結(jié)構(gòu)表面進行化學(xué)修飾，可以捕獲特定的分子，并通過檢測表面等離激元諧振譜的變化得到被捕獲分子的各類信息。

實施例三

本實施例中采用實施例二中端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖進行折射率測量實驗。

請參閱圖9，顯示為采用本發(fā)明的端面具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖測量液體折射率的實驗裝置圖。其中，具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖端面被浸入待測液體中。實驗所用的單模光纖工作波長為780-970nm，使用的光源為超輻射發(fā)光二極管(super-luminescent diode，SLD)，為寬譜光源。光源輸出的光經(jīng)過50％：50％光纖定向耦合器被導(dǎo)入待測液體中，其反射信號再經(jīng)過該定向耦合器被導(dǎo)入到CCD光纖光譜儀中進行分析。

具體的，測試了甲醇、水、乙醇、丙醇、丁醇五種液體，其各自的歸一化反射譜請參閱圖10。將其各自的諧振波長和各溶液的折射率對應(yīng)，可得圖11所示的諧振波長關(guān)于折射率變化的散點(實驗值)圖。可以看出，諧振波長關(guān)于折射率呈線性變化。經(jīng)過線性擬合得到的靈敏度高達628nm RIU^-1。

此外，還可以通過光纖端面附近的折射率隨壓力變化的物質(zhì)，來測量光纖端面環(huán)境里的壓力。例如，所述壓力可以來自溶液里的聲波、超聲波或次聲波，所述物質(zhì)可以是金屬微納米結(jié)構(gòu)與光纖端面之間的粘合劑或其他物質(zhì)，也可以是附加沉積在金屬表面和/或光纖端面的物質(zhì)。

綜上所述，本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)在周期性結(jié)構(gòu)中嵌入了缺陷結(jié)構(gòu)，在所述金屬薄膜與介質(zhì)的交界面形成的波長為λ的表面等離激元可在所述缺陷結(jié)構(gòu)中或所述缺陷結(jié)構(gòu)及其附近區(qū)域進行諧振。本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)以同一個周期性結(jié)構(gòu)既實現(xiàn)入射光波到表面等離激元的耦合，又實現(xiàn)對表面等離激元在沿金屬薄膜與介質(zhì)界面方向傳播的分布式反饋，以限制其在缺陷結(jié)構(gòu)附近的空間振蕩，前者通過周期性結(jié)構(gòu)的空間傅里葉變換的一階傅里葉分量實現(xiàn)，后者通過其二階傅里葉分量實現(xiàn)，即本發(fā)明的金屬微納米結(jié)構(gòu)可以通過同一個周期性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)兩種功能(耦合與反射)，無需在周期性結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置額外的反射結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)更為簡單、易加工的優(yōu)點。本發(fā)明具有金屬微納米結(jié)構(gòu)的光纖結(jié)合了單模光纖系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定、體積小、使用靈活等優(yōu)點，利用金屬微納米結(jié)構(gòu)作為分布式反饋(DFB)諧振腔結(jié)構(gòu)，高效地激發(fā)了表面等離激元諧振(SPR)，可以進行各種光纖探測應(yīng)用，例如用于測量周圍折射率的變化、聲波探測等。其在生物方面也具有較多潛在應(yīng)用，通過對金結(jié)構(gòu)表面進行化學(xué)修飾，可以捕獲特定的分子，并通過檢測表面等離激元諧振譜的變化得到被捕獲分子的各類信息。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。