專利名稱：光纖探針的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖探針的制造方法，尤其涉及一種用于探測拉曼信號 的光纖探針的制造方法。
背景技術(shù)：
表面拉曼光譜在表面科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的各種研究技術(shù)中占有重要
地位，其中，表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,簡稱 SERS)技術(shù)因具有獨(dú)特的、極高的靈敏度，可使得在某些金屬表面的物質(zhì)的 拉曼散射信號異常地增強(qiáng)幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級，因此受到廣泛關(guān)注。二十余 年來的表面增強(qiáng)拉曼散射實(shí)驗(yàn)及理論研究表明，上述異?，F(xiàn)象不但與表面科 學(xué)而且與納米科學(xué)密切相關(guān)，存在許多亟待于深入研究的重要科學(xué)問題。近 年來，新一代高靈敏度的共焦顯微拉曼譜儀的出現(xiàn)，使得表面拉曼光譜取得 一些突破性進(jìn)展，其中單分子的表面增強(qiáng)拉曼散射譜的獲得可稱為該領(lǐng)域的 一重要突破。其中，人們利用表面增強(qiáng)拉曼光譜方法檢測到單分子吸附在單 個(gè)金屬銀納米顆粒上的高質(zhì)量表面增強(qiáng)拉曼散射譜圖，其增強(qiáng)因子高達(dá)1014 (即放大倍數(shù)達(dá)到百萬億倍)，這被認(rèn)為是目前單分子科學(xué)的最重要的研究 方法之一。這種技術(shù)的靈敏度高，可以用來探測溶液或者氣體中的微量分子， 因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前常用的一種將表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)實(shí)用化的方法為將表面增強(qiáng)拉曼 技術(shù)與光纖技術(shù)相結(jié)合用于探測拉曼信號。如圖4所示，傳統(tǒng)的光纖探針系 統(tǒng)30為將光纖32的一端鍍上金屬薄膜或者顆粒作為探測端322,另一端作 為測量端324。分子吸附在探測端322的金屬薄膜或者顆粒上，在激光34 的照射下會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)的拉曼散射，散射的光信號經(jīng)過光纖32傳導(dǎo)到測量端 324,光語分析設(shè)備36可以在測量端獲取并分析拉曼信號。這樣光纖的探測 端可以方便的插入各種待測樣品38中，無需把樣品38放到光譜分析設(shè)備36 的專用樣品臺上，提高了探測效率，而且有利于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高的 拉曼探測設(shè)備。但是，該光纖探針30中僅用光線作為探測和傳導(dǎo)表面增強(qiáng)
拉曼散射信號探頭，激發(fā)表面增強(qiáng)拉曼散射信號的激光34需要從別的光通 路照射到需要檢驗(yàn)的樣品38上面，因此整個(gè)探測系統(tǒng)就需要兩套光路，結(jié) 構(gòu)比較復(fù)雜，不利于小型化發(fā)展。
為克服以上缺點(diǎn)， 一種單光纖探針系統(tǒng)40被設(shè)計(jì)出來，請參閱圖5。該 光纖探針40中激發(fā)光和散射光可同時(shí)在光纖42中傳導(dǎo)。激發(fā)光源44發(fā)出 的光線依次經(jīng)過半透半反鏡442，反射鏡444反射后通過聚焦透鏡46聚焦后 從測量端424進(jìn)入光纖42,在光纖42內(nèi)部傳導(dǎo)到光纖的探測端422從而照 射樣品48。探測端422的拉曼散射信號經(jīng)過光纖42再傳導(dǎo)到測量端424， 經(jīng)過聚焦透鏡46、反射鏡444和半透半反鏡442后再進(jìn)入光譜分析設(shè)備52。 該單光纖探針40雖可以達(dá)到設(shè)備緊湊的目的，但是其與傳統(tǒng)的光纖探針30 一樣，其光纖42的探測端422表面的金屬顆?；蛘弑∧ねǔＪ怯梦锢砘蛘?電化學(xué)的方法包裹上去，具體包括電鍍、蒸鍍或者賊射法等。通常，這些方 法需要在真空腔體中或在電解液中進(jìn)行，而且很多時(shí)候需要對光纖進(jìn)行加熱
處理，以提高顆粒或者薄膜的附著性以及表面的粗造程度。因此，這些方法 費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且會(huì)對光纖的傳輸性能有影響，不利于實(shí)際應(yīng)用。
因此，本發(fā)明有必要提供一種簡單的制備光纖探針的方法，其在制備過 程不需要任何加熱和真空設(shè)備，操作簡單，且制作得到的光纖探針同樣可以 獲得增強(qiáng)的拉曼光語散射信號。

發(fā)明內(nèi)容
以下，將以若干實(shí)施例說明一種簡單的制備光纖探針的方法，其在制備 過程不需要任何加熱處理和真空設(shè)備，操作簡單，且制作得到的光纖探針同 樣可以獲得增強(qiáng)的拉曼光譜散射信號。
一種光纖探針的制造方法，其包括以下步驟提供一光纖，其具有同軸 設(shè)置的芯部與保護(hù)層；去除光纖一端的保護(hù)層并露出芯部；將露出的芯部浸 入酸性溶液中腐蝕形成預(yù)定形狀的探測端；形成一金屬層于探測端表面。
金屬層的形成方法包括以下步驟將光纖探測端浸入金屬膠體溶液中； 蒸發(fā)溶劑。
金屬層的形成方法包括以下步驟將金屬膠體溶液滴在探測端表面；蒸 發(fā)溶劑。
在形成金屬層以前可預(yù)先將光纖一采測端浸入堿性溶液中。 該金屬層的材料為金、銀、銅或鉑。 該酸性溶液為氫氟酸或氟氨酸。
該堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化4丐、碳酸納、碳酸鉀、碳酸 4丐、碳酸氬納、碳酸氬鉀或碳酸氬4丐。 該金屬層的厚度為1~100納米。 探測端可通過酸性溶液腐蝕為圓柱體或錐體。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的光纖探針的制造方法無需任何加熱設(shè)備，且整 個(gè)過程無需在真空環(huán)境中進(jìn)行，操作容易，設(shè)備簡單，易于實(shí)際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例光纖探針的制造方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例光纖探針的制造方法所得的一種光纖探針的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例光纖探針的制造方法所得的另 一種光纖探針的結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖4為現(xiàn)有技術(shù)中一種光纖探針的原理示意圖。 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中另一種光纖探針的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一 步的詳細(xì)說明。
請參閱圖l，本發(fā)明實(shí)施例.的光纖探針10的制造方法主要包括以下幾個(gè) 步驟
(一) 提供一光纖，其由內(nèi)而外依次包括同軸設(shè)置的芯部12與保護(hù)層
14;
本實(shí)施例光纖可選擇為單模光纖或多模光纖。其保護(hù)層14材料可選擇 為塑料或樹脂涂層。其芯部12包括同軸設(shè)置的內(nèi)芯122與外芯124。內(nèi)芯 122與外芯124的主體材料都是石英玻璃，但內(nèi)芯122的折射率略大于外芯 124的折射率，以實(shí)現(xiàn)光線的全反射。
(二) 將光纖一端的保護(hù)層14剝離，露出光纖芯部12;
將光纖預(yù)定用于探測拉曼信號的一端的保護(hù)層14剝離，并露出管線芯 部12。光纖的另一端通過一系列反射、透射透鏡與光譜分析設(shè)備及激光發(fā)生 器連接。
(三) 將露出的光纖芯部12浸入酸性溶液中，以腐蝕去除該部分光纖 芯部12的外芯124并將內(nèi)芯122腐蝕形成預(yù)定形狀的探測端126;
酸性溶液一般選擇為氬氟酸或氟氨酸，也可選擇為其它能夠腐蝕光纖芯 部12的溶液。腐蝕后形成的探測端126的形狀可根據(jù)浸入酸性溶液中的時(shí) 間長短控制，腐蝕時(shí)間較短成圓柱體，而腐蝕時(shí)間較長則成錐體，該探測端 126用于將聚焦后的激光光束照射到待測樣品上，并收集待測樣品上產(chǎn)生的 拉曼散射信號。
(四) 將探測端126浸入石成性溶液中，以去除殘余在纟冢測端126的表面 的酸性溶液，并在4果測端126表面形成一負(fù)離子層；
堿性溶液一般選擇為氬氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化釣、碳酸納、碳酸鉀、 碳酸釣、碳酸氬納、碳酸氬鉀、碳酸氬4丐等堿性溶液。
(五) 將探測端126浸入含有金屬顆粒的膠體溶液中，在探測端的表面 形成金屬層16。
含有金屬顆粒的膠體溶液為由金屬納米晶體顆粒和溶劑混合形成的膠 體溶液。其中，溶劑一般選擇為無極性的溶液，例如環(huán)己胺或氯仿溶液。金 屬納米晶體顆粒材料可選擇為金、銀、銅、鉑或其他金屬的納米晶體，本實(shí) 施例優(yōu)選采用金膠體溶液。由于金膠體表面被正電荷層所包裹，將表面形成 有負(fù)離子層的探測端126浸入含有金屬顆粒的膠體溶液中時(shí)，金膠體顆粒會(huì) 吸附到帶有負(fù)電的光纖探針的探測端126表面。將溶劑蒸發(fā)后，金屬顆粒會(huì) 附著于4冢測端126表面，從而在4笨測端表面形成一顆粒金屬層16。本實(shí)施例 金屬層16的厚度小于1微米，優(yōu)選為1納米 100納米。
另外，為提高金屬顆粒附著的效果，本實(shí)施例亦可采用將含有金屬顆粒 的膠體溶液滴到探測端126的表面，在溶劑蒸發(fā)后，金屬顆粒附著于探測端 126的表面，形成金屬層16。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，本實(shí)施例使用的含金屬顆粒的膠體溶液 中，金屬顆粒的表面也可不帶電荷。此時(shí)，可直接將該溶液滴在探測端126 的表面，在溶劑蒸發(fā)后同樣可形成金屬層16。
本實(shí)施例的光纖揮:針的制造方法無需 <壬〗可加熱i殳備，且整個(gè)過程無需在
真空環(huán)境中進(jìn)行，操作容易，設(shè)備簡單，易于實(shí)際應(yīng)用。
請參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例制造方法得到的一種光纖探針io,其包括一
個(gè)芯部12及包覆在芯部12外表面的保護(hù)層14。該保護(hù)層14和芯部12同軸 設(shè)置。該芯部12于光纖探針10的一端延伸出來形成一探測端126。 一金屬 層16形成于該探測端126的表面。芯部12用于完成光信號的傳輸與收集拉 曼散射信號，保護(hù)層14將光封閉在芯部12內(nèi)，用于保護(hù)芯部12，增加光纖 探針10的機(jī)械強(qiáng)度。
芯部12由外芯124和內(nèi)芯122構(gòu)成。其主體材料都是石英玻璃，但其 折射率不同，其中，內(nèi)芯122的折射率比外芯124的折射率稍微大一些。以 滿足全反射的條件。當(dāng)內(nèi)芯122內(nèi)的光線入射到內(nèi)芯122與外芯124的交界 面時(shí)，只要其入射角大于臨界角，就會(huì)在內(nèi)芯122發(fā)生全反射，不斷傳播。
本實(shí)施例探測端126的形狀為圓柱體，其直徑小于或等于芯部12內(nèi)芯 122的直徑，其材料與內(nèi)芯122材料相同。金屬層16厚度小于1微米，優(yōu)選 為1納米~100納米，其材料可選擇為金、銀、銅、柏或其他金屬。保護(hù)層 14材料一般可選擇為塑料或樹脂涂層。
光纖探針I(yè)O在相對于探測端126的另一端可通過一系列反射、透射透 鏡(圖未示)與光譜分析設(shè)備(圖未示)及激光發(fā)生器(圖未示)連接。
本實(shí)施例光纖探針I(yè)O在工作時(shí)，激光發(fā)生器發(fā)出的光線經(jīng)過半透半反 聚焦透鏡聚焦后，在光纖內(nèi)部傳導(dǎo)到光纖的探測端126從而照射樣品(圖未 示)。與樣品作用后產(chǎn)生的拉曼散射信號被探測端126收集，經(jīng)過光纖再傳 導(dǎo)到光語分析設(shè)備得到拉曼光譜。
請參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例制造方法得到的另一種光纖探針20，其包括 一個(gè)芯部22及包覆在芯部22外表面的保護(hù)層24。該保護(hù)層24和芯部22 同軸設(shè)置。該芯部22于光纖探針20的一端延伸出來形成一探測端226。 一 金屬層26形成于該探測端226的表面。該光纖探針20的結(jié)構(gòu)與光纖探針10 基本相同，其不同在于光纖探針20的探測端226為錐體。本技術(shù)領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明實(shí)施例光纖探針20的形狀應(yīng)不限于圓柱體與錐體。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖探針的制造方法，其包括以下步驟提供一光纖，其具有同軸設(shè)置的芯部與保護(hù)層；去除光纖一端的保護(hù)層并露出芯部；將露出的芯部浸入酸性溶液中腐蝕形成預(yù)定形狀的探測端；形成一金屬層于探測端表面。
2. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，金屬層的形成方 法包括以下步驟將光纖探測端浸入金屬膠體溶液中；蒸發(fā)溶劑。
3. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，金屬層的形成方 法包括以下步驟將金屬膠體溶液滴在探測端表面；蒸發(fā)溶劑。
4. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，在形成金屬層以 前可預(yù)先將光纖探測端浸入堿性溶液中。
5. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，該金屬層的材料 為金、4艮、銅或柏。
6. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，該酸性溶液為氫 氟酸或氟氨酸。
7. 如權(quán)利要求4所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，該堿性溶液為氬 氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸納、碳酸鉀、碳酸釣、碳酸氫納、碳 酸氫鐘或碳酸氬釣。
8. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，該金屬層的厚度 為1 100納米。
9. 如權(quán)利要求l所述的光纖探針的制造方法，其特征在于，探測端可通過酸 性溶液腐蝕為圓柱體或錐體。
全文摘要
一種光纖探針的制造方法，其包括以下步驟提供一光纖，其具有同軸設(shè)置的芯部與保護(hù)層；去除光纖一端的保護(hù)層并露出芯部；將露出的芯部浸入酸性溶液中腐蝕形成預(yù)定形狀的探測端；形成一金屬層于探測端表面。
文檔編號G01N21/63GK101113953SQ20061006185
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者湲 姚, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司