光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于納米光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖作為一種特殊的光波導(dǎo)在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著重要的作用。具備柔性化、遠(yuǎn)距離傳輸、不易受電磁干擾等特點(diǎn)，近年來(lái)在傳感領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，特別是同納米光學(xué)的結(jié)構(gòu)。在光纖端面沉積結(jié)構(gòu)以后，在表面等離子體共振傳感器和表面增強(qiáng)拉曼光譜測(cè)量領(lǐng)域具有非常重要的作用。面向于生物化學(xué)領(lǐng)域的傳感技術(shù)，作為傳感器件需要考慮可重復(fù)性、低成本、大批量等因素。周期性的納米結(jié)構(gòu)能保持較高的可重復(fù)性，在光纖上沉積這種類型的結(jié)構(gòu)往往較難，一般這種結(jié)構(gòu)是采用基于電子束的方法在光纖端面制備出金屬納米天線，可重復(fù)性較高，但成本很高而且制備工藝十分復(fù)雜。人們采用分子自組裝的方法，通過(guò)在光纖表面進(jìn)行硅烷化處理，形成一層單分子層，再將光纖端面浸入金銀納米溶膠中，在表面形成一層金屬納米顆粒層，這種方法簡(jiǎn)單，但是可控性不好，排列不規(guī)則。另一種方法叫光還原法沉積，通過(guò)在光纖一端耦合進(jìn)激光，另一端浸入含有還原劑的銀離子溶液中，在光照作用下，銀離子會(huì)被還原成銀納米顆粒，出射后在光纖端面形成一定的光場(chǎng)分布，在相應(yīng)處就會(huì)產(chǎn)生銀納米顆粒，通過(guò)控制光纖的出射光斑形狀，能實(shí)現(xiàn)金銀納米顆粒的可控制備，這種方法簡(jiǎn)單高效，但是較難實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的方法及裝置，在光纖端面直接沉積周期性排列的銀納米顆粒，實(shí)現(xiàn)高性能光纖探針的簡(jiǎn)單高效制備。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0005](I)先后用食人魚(yú)洗液和硅烷溶液對(duì)光纖端面進(jìn)行預(yù)處理，在光纖端面形成一層易于同金屬納米顆粒牢固結(jié)合的單分子層；
[0006](2)配制含有金屬鹽和還原劑的還原溶液，使兩束激光在還原溶液中相交并產(chǎn)生干涉；
[0007](3)將光纖端面置于還原溶液中兩束激光的相交區(qū)域，在光纖端面形成與干涉光斑對(duì)應(yīng)的周期性金屬納米顆粒分層陣列。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬鹽為硝酸銀或氯金酸鹽，所述還原劑為檸檬酸鈉。
[0009]優(yōu)選地，所述還原溶液中，所述金屬鹽的濃度為0.5?5mmol/L，所述還原劑和所述金屬鹽的摩爾比為1: (I?5)。
[0010]優(yōu)選地，通過(guò)調(diào)整兩束激光的夾角，使二者的干涉周期產(chǎn)生可控變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)金屬納米顆粒分布的周期。
[0011]優(yōu)選地，通過(guò)調(diào)整光纖端面與干涉光束的夾角，改變干涉條紋在光纖端面的分布周期，進(jìn)而調(diào)節(jié)金屬納米顆粒分布的周期。
[0012]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的裝置，其特征在于，包括激光光源、擴(kuò)束器、半透半反分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和反應(yīng)容器;所述擴(kuò)束器設(shè)置在所述激光光源的輸出光路上，所述半透半反分光鏡設(shè)置在所述擴(kuò)束器的輸出光路上，所述第一反射鏡設(shè)置在所述半透半反分光鏡的透射光的輸出光路上，所述第二反射鏡設(shè)置在所述半透半反分光鏡的反射光的輸出光路上，所述第一反射鏡的反射光和所述第二反射鏡的反射光在所述反應(yīng)容器內(nèi)相交并產(chǎn)生干涉;工作時(shí)，所述反應(yīng)容器中盛有還原溶液，所述第一反射鏡的反射光和所述第二反射鏡的反射光的相交區(qū)域落在還原溶液中，將光纖端面置于該相交區(qū)域，便能在光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列。
[0013]優(yōu)選地，所述第一反射鏡的傾角固定，所述第二反射鏡的傾角可調(diào)，通過(guò)調(diào)整所述第二反射鏡的傾角，調(diào)節(jié)所述第二反射鏡的反射光與所述第一反射鏡的反射光的夾角，使二者的干涉周期產(chǎn)生可控變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)金屬納米顆粒分布的周期。
[0014]優(yōu)選地，所述第二反射鏡的傾角固定，所述第一反射鏡的傾角可調(diào)，通過(guò)調(diào)整所述第一反射鏡的傾角，調(diào)節(jié)所述第一反射鏡的反射光與所述第二反射鏡的反射光的夾角，使二者的干涉周期產(chǎn)生可控變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)金屬納米顆粒分布的周期。
[0015]優(yōu)選地，所述半透半反分光鏡的分光比為1:1，用于將所述擴(kuò)束器輸出的光分成兩路相互垂直的光束。
[0016]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0017](I)沉積反應(yīng)的光由兩路激光產(chǎn)生干涉形成，避免了光纖對(duì)反應(yīng)光的影響，使光纖端面銀納米顆粒沉積的可控性更強(qiáng)；
[0018](2)不需要分別對(duì)沒(méi)跟光纖進(jìn)行耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)探針的大批量制備；
[0019](3)不需要精密的設(shè)備儀器，只需要常規(guī)的光路元件，價(jià)格低廉，且能實(shí)現(xiàn)各種制備參數(shù)的調(diào)整。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1_激光光源，
2-擴(kuò)束器，3-半透半反分光鏡，4-第一反射鏡，5-第二反射鏡，6-反應(yīng)容器，7-光纖，8-還原溶液。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]本發(fā)明通過(guò)搭建一套基于雙光束的干涉光路，使得兩束相干光能在銀離子溶液中重疊，將光纖端面置于該重疊區(qū)域中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的光還原，在光纖端面形成具有分層納米結(jié)構(gòu)的銀納米顆粒陣列。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的光纖端面沉積金屬納米顆粒分層陣列的裝置包括激光光源1、擴(kuò)束器2、半透半反分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5和反應(yīng)容器6 ο擴(kuò)束器2設(shè)置在激光光源I的輸出光路上，用于放大激光光源I發(fā)出的激光的光斑尺寸，半透半反分光鏡3設(shè)置在擴(kuò)束器2的輸出光路上，用于將擴(kuò)束器2輸出的光的一部分反射，另一部分透射，第一反射鏡4設(shè)置在半透半反分光鏡3的透射光的輸出光路上，第二反射鏡5設(shè)置在半透半反分光鏡3的反射光的輸出光路上，第一反射鏡4的反射光和第二反射鏡5的反射光在反應(yīng)容器6內(nèi)相交并產(chǎn)生干涉。
[0025]工作時(shí)，反應(yīng)容器中盛有還原溶液8，覆蓋第一反射鏡4的反射光和第二反射鏡5的反射光的相交區(qū)域，將光纖7的端面置于該相交區(qū)域，便能在光纖7的端面沉積金屬納米顆粒分層陣列。
[0026]優(yōu)選地，半透半反分光鏡3的分光比為1:1，將擴(kuò)束器2輸出的光分成兩路相互垂直的光束。
[0027]在發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，第一反射鏡4的傾角固定