一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器及其传感系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器及其传感系统，其特征在于，所述光纤传感器包括：光纤本体，所述光纤本体包括两个自由端，第一光纤自由端和第二光纤自由端；过渡层，所述过渡层设置于所述光纤本体的第一光纤自由端，并且与所述第一光纤自由端固定连接；以及纳米金属阵列，所述纳米金属阵列均匀分布于所述过渡层上，并且与所述过渡层固定连接。本实用新型专利技术通过在所述光纤本体引入所述过渡层，在不影响传感器本身特性的前提下，使得所述传感器实现了批量加工，另外在所述过渡层上设置纳米金盘阵列，利用所述PDMS层上纳米金盘阵列的局域表面等离子共振特性，通过光谱的谱峰偏移可以精确测定光纤端面的折射率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器及其传感系统
本技术涉及传感器
，具体涉及一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器。
技术介绍
生化传感技术被广泛应用到基础声明科学、医学、赏花、环境和视频检测等领域，传统的生物传感技术很难实现生物分析相互作用的实时在线检测，如X射线光电子光谱(XPS)、而写电子能谱(AES)等，价格昂贵，设备庞大，式样条件苛刻(高真空)，另外的一些常用免疫测试技术，如荧光免疫测定，一般需要标记，而且测试过程复杂，测试时间较长。随着测试技术的发展，人们对检测的精度以及多样性提出了更高的要求。最新引入的采用光纤传感器中，需要在光纤端面进行微纳加工，尽管光纤与微纳加工技术的结合具有非常重要的意义，但是其技术上的实现也面临着一定的挑战。光纤的结构决定了其端面是光唯一的出入口，因此也成为了微纳加工的首选平台。然而光纤端面狭小的空间极大地提高了的微纳加工的技术难度。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器及其传感系统，通过在光纤端面加工纳米金盘阵列，利用表面等离子共振特性，实现对待测溶液的检测，并且通过引入一过渡层，可以实现光纤传感器的批量加工。本技术的第一方面提供一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器包括：光纤本体，所述光纤本体包括两个自由端，第一光纤自由端和第二光纤自由端；过渡层，所述过渡层设置于所述光纤本体的第一光纤自由端，并且与所述第一光纤自由端固定连接；以及纳米金属阵列，所述纳米金属阵列均匀分布于所述过渡层上，并且与所述过渡层固定连接。优选地，所述过渡层为PDMS层。优选地，所述PDMS层通过等离子处理和所述光纤本体的第一光纤自由端进行粘结。优选地，所述纳米金属阵列为纳米金盘阵列。本技术的第二方面提供一种基于纳米金盘阵列的光纤传感系统，其特征在于：所述基于纳米金盘阵列的光纤传感系统包括发出入射光宽带光源、光纤分束器、进入被分析溶液中的基于纳米金盘阵列的光纤传感器以及检测共振波长的波谱仪；所述入射光宽带光源与所述光纤分束器的第一输入端连接，所述波谱仪与所述光纤分束器的第二输入端连接，所述光纤传感器与所述光纤分束器的输出端连接；所述光纤传感器包括光纤本体，所述光纤本体包括两个自由端，第一光纤自由端和第二光纤自由端；过渡层，所述过渡层设置于所述光纤本体的第一光纤自由端，并且与所述第一光纤自由端固定连接；以及纳米金属阵列，所述纳米金属阵列均匀分布于所述过渡层上，并且与所述过渡层固定连接。本技术具有的优点和积极效果是：本技术通过在所述光纤本体引入所述过渡层，在不影响传感器本身特性的前提下，使得所述传感器实现了批量加工，另外在所述过渡层上设置纳米金盘阵列，利用所述PDMS层上纳米金盘阵列的局域表面等离子共振特性，通过光谱的谱峰偏移可以精确测定光纤端面的折射率。附图说明图1是本技术的基于纳米金盘阵列的光纤传感器的结构示意图；图2是本技术的基于纳米金盘阵列的光纤传感器加工过程示意图；图3是本技术的基于纳米金盘阵列的光纤传感系统的结构示意图；图4是本技术的基于纳米金盘阵列的光纤传感器浸入待分析溶液中的结构示意图。具体实施方式为了更好的理解本技术，下面结合具体实施例和附图对本技术进行进一步的描述。请参阅图1，本技术提供一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器10包括：光纤本体11、过渡层12以及纳米金属阵列13。所述光纤本体11包括两个自由端，第一光纤自由端111和第二光纤自由端112；所述光纤本体11的第一光纤自由端111形成有过渡层12，所述过渡层12上远离所述光纤本体11的第一光纤自由端111上形成有纳米金属阵列13，所述过渡层12与所述光纤本体11的第一光纤自由端111固定连接，所述过渡层12上远离所述光纤本体11的第一光纤自由端111的一端与所述纳米金属阵列13固定连接。在本技术的一个实施例中，所述过渡层12为PDMS(Polydimethylsioxane，聚二甲基硅氧烷)层，所述纳米金属阵列为纳米金盘阵列。PDMS是一种硅氧基聚合物，其化学性质与玻璃相近，与多数光刻胶、显影液、去胶液、金属腐蚀剂相兼容，因此，在现有加工技术中，可以在PDMS基底上完成多种微纳结构的加工。PDMS是一种高分子有机硅化合物，具有光学透明、光学特性、低表面能、高透气性和很好的弹性。PDMS在液态时为一种黏稠液体，被称为硅油；在固态时则为惰性硅胶，具有无毒、疏水性、透明弹性的特征。本技术中引入PDMS层，由于其与玻璃的化学性质相似，并不影响光纤本体11本身的传输特性，并且通过引入所述PDMS层，使得原本光纤端面狭小的端面进行的微纳结构的加工，转移到所述PDMS层上，然后，再将对所述PDMS层进行切割。具体见附图2和图3，在所述光纤本体11的端面上直接加工微纳结构，通常由于所述光纤本体11狭窄的端面，使得加工过程受到限制，只能单独进行单根光纤本体11进行加工。而在本技术中，引入所述过渡层12，通常需要在一基底20上形成所述过渡层12，通常会将主剂与固化剂以一定比例均匀混合后，再利用抽真空使混合液中的空气排出，最后在一定温度下烘烤一定时间可使PDMS固化。具体的，在本技术的一个实施例中，所述PDMS层可以选用184Sylgard硅橡胶，将其基液与固化液在室温下以10:1的比例混合并充分搅拌，然后在真空环境中除去混合液体中的气泡；然后将混合液旋涂于一基板表面，所述基板可以为硅基板，所述硅基板可以采用硅烷气体进行修饰，使其表面具有不粘特性，旋涂采用4000RPM转速，60s旋涂时间，旋涂后的PDMS厚度约为20um；然后对涂有PDMS的硅基板进行固化，固化温度为120℃，固化时间为5min。然后在所述PDMS层远离所述基底20的一端端面进行微纳结构的加工，而在所述PDMS层上进行微纳结构的加工在本领域已经属于公知的内容，在此不再赘述。在本技术中，在所述PDMS层远离所述基底20的一端端面进行纳米金盘阵列的加工，然后将将加工有纳米金盘阵列的基底PDMS层从所述基底20表面移除，再将所述PDMS层没有形成所述纳米金盘阵列的一端与光纤束进行结合。具体的，然后将将所述PDMS层没有形成所述纳米金盘阵列的一端与光纤本体11的第一自由端111的表面在氧气等离子中进行处理，处理功率为100W，处理时间为30s，此时光纤本体11的第一自由端111表面与PDMS被OH基修饰，将光纤本体11的第一自由端111的平面按压于PDMS表面，然后加热进行键合，键合后光纤本体11的第一自由端111与PDMS形成永久共价键。最后，对所述PDMS层以及形成于所述PDMS层上的纳米金盘阵列进行切割加工，最终形成本技术的基于纳米金盘阵列的光纤传感器。本技术通过引入所述过渡层12，使得形成所述纳米金盘阵列的加工表面无限制的扩大，再与所述光纤束进行批量的键合，使得本技术的传感器能够进行大规模的批量生产。进一步地，本技术的传感器在所述过渡层12的表面设置有纳米金盘阵列，当光照射至所述过渡层12以及纳米金金盘阵列的界面时，会发生表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器包括：光纤本体，所述光纤本体包括两个自由端，第一光纤自由端和第二光纤自由端；过渡层，所述过渡层设置于所述光纤本体的第一光纤自由端，并且与所述第一光纤自由端固定连接；以及纳米金属阵列，所述纳米金属阵列均匀分布于所述过渡层上，并且与所述过渡层固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器包括：光纤本体，所述光纤本体包括两个自由端，第一光纤自由端和第二光纤自由端；过渡层，所述过渡层设置于所述光纤本体的第一光纤自由端，并且与所述第一光纤自由端固定连接；以及纳米金属阵列，所述纳米金属阵列均匀分布于所述过渡层上，并且与所述过渡层固定连接。2.根据权利要求1所述的基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于：所述过渡层为PDMS层。3.根据权利要求2所述的基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于：所述PDMS层通过等离子处理和所述光纤本体的第一光纤自由端进行粘结。4.根据权利要求1所述的基于纳米金盘阵列的光纤传感器，其特征在于：所述纳米金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵复生，李静婷，赵俊洋，
申请(专利权)人：纤瑟天津新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12