一种三层结构D型光纤SPR传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三层结构D型光纤SPR传感器，包括D型光纤，所述D型光纤为含有D型段的光纤，所述D型段为一段径向截面为D型的光纤段，D型段的纤芯暴露在D型段的平面上，D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层。本实用新型专利技术以WS2层作为纳米空间，通过平面纳米结构之间的纳米间隙产生的高度增强的局部电磁场也可以增强SPR，提高传感器精度和灵敏度。

A Three-Layer D-Type Optical Fiber SPR Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种三层结构D型光纤SPR传感器
本技术涉及光学SPR传感器领域，具体涉及一种三层结构D型光纤SPR传感器。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本技术有关的背景信息，而不必然构成现有技术。光纤传感技术始于20世纪70年代，伴随光纤通信技术迅速发展起来，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感，包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能。光纤SPR传感器进行的感知，是外界信号作用于光纤中传输的光波，测量被改变物理特征参量，如强度、波长、频率、相位和偏振态等。通过对光参量变化的测量即可得到外界信号的同步变化信息，这种感知实质上是外界信号对光纤中传播的光波进行的实时调制。表面等离子共振技术(SurfacePlasmonResonancetechnology,SPR)是应用SPR原理检测生物传感芯片上配位体与分析物作用的一种物理光学技术。表面等离子体是由导电介质和绝缘体介质分界面处的自由电子的集体震荡产生的，金属可以近似看成等离子体，由于电磁振荡形成等离子波。当光以大于临界角入射在光疏介质和光密介质表面时，由于产生表面等离子体共振时将破坏全反射的条件，导致反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰。SPR对靠近导电介质和绝缘体介质分界面处的环境的变化非常敏感，这样，就可以利用光谱共振位置的移动来检测折射率的微小变化，特异性分析生物分子、化学物质成分等。当未经任何修饰的单层金属层覆盖在传感器核心区作为敏感元件时，传感器没有选择性，只能用于一些简单体系(如乙醇、葡萄糖、蔗糖的水溶液)的测定；在检测物质时，这种传感器灵敏度和精度较低。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本技术的目的是提供一种三层结构D型光纤SPR传感器，提高传感器精度和灵敏度。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：一种三层结构D型光纤SPR传感器，包括D型光纤，所述D型光纤为含有D型段的光纤，所述D型段为一段径向截面为D型的光纤段，D型段的纤芯暴露在D型段的平面上，D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层。本技术设置金纳米颗粒层式传感器具有良好的敏感特性，在D型光纤的D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层，使得二硫化钨层在金纳米颗粒层内形成纳米间隔物，二硫化钨(WS2)作为典型的半导体过渡金属双卤代烷，具有范德华尔层状结构，每一层都是由S-W-S三明治排列而成的。二硫化钨还具有特殊的性质，例如间接-直接带隙跃迁，谷极化，高载流子迁移率，可调谐激子效应等。首先，以WS2层作为纳米空间，形成了垂直的等离子体纳米结构，探针分子通过结合该结构提供的致密三维热点而表现出传感器优异的灵敏度。其次，WS2层还能紧密封装较大的AuNPs，减少杂化等离子体纳米结构对电磁增强的质量损失，同时还可以诱导化学增强，进一步促进SPR行为。第三，以WS2层作为纳米空间，通过平面纳米结构之间的纳米间隙产生的高度增强的局部电磁场也可以增强SPR，提高传感器精度和灵敏度。本技术的有益效果为：本技术在D型光纤剖面依次制备第一金纳米颗粒层、WS2层、第二金纳米颗粒层，形成一种SPR传感结构。当存在金属金中的本征波遇到光倏逝波时就可能发生共振，从而产生SPR现象。金纳米颗粒层具有良好的敏感特性，而WS2在此结构中作为精确的纳米间隔物，可以获得高度增强的电磁场，作为金纳米颗粒层的增敏层。本技术提出的SPR传感结构相比于普通的SPR传感器具有更高的传感灵敏度，更好的混合等离子体纳米结构，同时采用在两层金纳米颗粒层之间制备WS2作为增敏结构。通过对介质表面的光学谐振信号检测，这种传感器具有实时监测、灵敏度高，性能稳定，结构紧凑等优点，在物理、化学、生物、医疗、食品工业等领域具有广阔的应用前景。附图说明构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1为本技术实施例1的传感器的结构示意图；图2为本技术实施例1的传感器D型段结构示意图；图3为本技术实施例1的传感器D型段径向截面结构示意图；其中，1、D型光纤，2、纤芯，3、第一金纳米颗粒层，4、二硫化钨层，5、第二金纳米颗粒层。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在传感器灵敏度和精度较低不足，为了解决如上的技术问题，本技术提出了一种三层结构D型光纤SPR传感器。本技术的一种典型实施方式，提供了一种三层结构D型光纤SPR传感器，包括D型光纤，所述D型光纤为含有D型段的光纤，所述D型段为一段径向截面为D型的光纤段，D型段的纤芯暴露在D型段的平面上，D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层。本技术设置金纳米颗粒层式传感器具有良好的敏感特性，在D型光纤的D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层，使得二硫化钨层在金纳米颗粒层内形成纳米间隔物，二硫化钨(WS2)作为典型的半导体过渡金属双卤代烷，具有范德华尔层状结构，每一层都是由S-W-S三明治排列而成的。二硫化钨还具有特殊的性质，例如间接-直接带隙跃迁，谷极化，高载流子迁移率，可调谐激子效应等。首先，以WS2层作为纳米空间，形成了垂直的等离子体纳米结构，探针分子通过结合该结构提供的致密三维热点而表现出传感器优异的灵敏度。其次，WS2层还能紧密封装较大的AuNPs，减少杂化等离子体纳米结构对电磁增强的质量损失，同时还可以诱导化学增强，进一步促进SPR行为。第三，以WS2层作为纳米空间，通过平面纳米结构之间的纳米间隙产生的高度增强的局部电磁场也可以增强SPR，提高传感器精度和灵敏度。该实施方式的一种或多种实施例中，D型光纤采用多模光纤。所述D型光纤是制备方法为：将多模或大芯径光纤侧面的一段涂覆层去掉，然后在一部分包层中开设一个槽，使剩余光纤的径向截面为D型，槽深度最后将这个槽抛光并确定表面光滑。开设一个槽的方法为常规研磨光纤的方法，例如侧边抛磨法等。该实施方式的一种或多种实施例中，D型段的长度为1～3cm。该实施方式的一种或多种实施例中，D型段位于D型光纤的中部。该实施方式的一种或多种实施例中，D型段的径向截面高度与D型光纤的半径相等。径向截面高度是指D型段平面中心与D型段弧形面的垂直距离。该实施方式的一种或多种实施例中，D型段纤芯的径向截面为D型，D型段纤芯的平面与D型段的平面位于同一平面。该实施方式的一种或多种实施例中，D型段的平面光滑度为0.9～1.1A。该实施方式的一种或多种实施例中，第一金纳米颗粒层的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三层结构D型光纤SPR传感器，其特征是，包括D型光纤，所述D型光纤为含有D型段的光纤，所述D型段为一段径向截面为D型的光纤段，D型段的纤芯暴露在D型段的平面上，D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层。

【技术特征摘要】
1.一种三层结构D型光纤SPR传感器，其特征是，包括D型光纤，所述D型光纤为含有D型段的光纤，所述D型段为一段径向截面为D型的光纤段，D型段的纤芯暴露在D型段的平面上，D型段的平面由下至上依次设有第一金纳米颗粒层、二硫化钨层和第二金纳米颗粒层。2.如权利要求1所述的传感器，其特征是，D型光纤采用多模光纤。3.如权利要求1所述的传感器，其特征是，D型段的长度为1～3cm。4.如权利要求1所述的传感器，其特征是，D型段位于D型光纤的中部。5.如权利要求1所述的传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：左子谭，姜守振，申沂明，王志豪，杨文，袭祥泰，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：新型
国别省市：山东,37