一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，包括U型光纤，所述U型光纤为一根形状为U形的光纤，所述U型光纤的中间部分为弯曲形状的弯曲段，其余部分为直线段，直线段包括直线段纤芯和直线段包层，直线段包层包覆直线段纤芯，弯曲段包括弯曲段纤芯，弯曲段的纤芯表面由内向外依次设置至少3层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。本实用新型专利技术利用石墨烯层增加银纳米颗粒层之间的银纳米颗粒电磁耦合，从而增强LSPR，提高灵敏度。

A U-type optical fiber LSPR sensor with graphene layer spacing and silver nanoparticles

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器
本技术涉及光纤光学
，具体涉及一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR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。光纤传感器是20世纪70年代迅速发展起来的一种新型传感器，它是一种可以将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。具有长距离传输损耗低、灵敏度高、响应速度快、易弯曲、体积小、重量轻、成本低、防水、抗电磁干扰等优点，具有广阔应用潜力和应用前景。近年来，由于在生物、化学、物理领域传感的多种应用，表面等离子体共振(SPR)技术受到了广泛的关注。光纤作为SPR元件的应用获得了杰出的地位，其具有对折射率改变敏感，易于制作，修饰和控制等优点。至今，已经进行了许多研究来提高光纤SPR传感器的性能。局域表面等离子体共振(LSPR：localizedSurfacePlasmonResonance)相似于表面等离子体共振(SPR)现象，金属LSPR特性的改变可以归因为介质和金属界面间的环境改变，因为金属表面的电磁场对环境的折射率非常敏感。通常对光纤LSPR传感器来说，需要倏逝场在金属颗粒和周围介质界面产生表面等离子体波。常用的金属是金和银。基于此，许多不同的光纤结构已被研究，例如部分无包层型光纤、侧边抛磨型光纤、锥型光纤、光子晶体光纤、D型光纤、光栅光纤、U型光纤。LSPR金属膜由传统的金膜发展到现在的金膜和银膜作为最常用的两种金属膜。在同样的条件下，银膜的共振波长的变化明显比金膜灵敏，共振深度大于金膜，共振峰宽明显小于金膜。但银膜的化学稳定性不如金膜，银膜容易被氧化而造成其LSPR结构检测灵敏度的降低。
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石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，能够提高LSPR结构检测灵敏度。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，包括U型光纤，所述U型光纤为一根形状为U形的光纤，所述U型光纤的中间部分为弯曲形状的弯曲段，其余部分为直线段，直线段包括直线段纤芯和直线段包层，直线段包层包覆直线段纤芯，弯曲段包括弯曲段纤芯，弯曲段的纤芯表面由内向外依次设置至少3层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。首先，由于U型光纤剖面光纤弯曲，传导光在纤芯与包层界面不再满足全反射从而进入包层，产生了许多高阶传播模式，纤芯外露，因此具有大比例的衰逝波传输、结构紧凑及较低的损耗等优点，将U型光纤与某些具有特殊功能的材料结合，可以构成一系列新型的光学器件，因而与无包层型光纤、侧边抛磨型光纤、锥型光纤、光子晶体光纤、D型光纤、光栅光纤相比，U型光纤具有更高的灵敏度。其次，银纳米层具有良好的敏感特性，而石墨烯层具有非同寻常的强度和极好的透光性，在此种结构中最顶层石墨烯层作为银纳米层的保护层，夹层石墨烯层作为增强层，给本技术的传感器带来了极大的性能改善。第三，采用至少三层敏感膜，其中，夹层石墨烯层为两层，使得银纳米层之间产生强耦合，从而提供传感器的灵敏度。本技术的有益效果为：本技术采用至少三层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。一部分是银纳米颗粒层内银纳米颗粒之间的耦合，另一部分银纳米颗粒层与银纳米颗粒层之间的银颗粒之间的强耦合。银纳米颗粒层具有良好的敏感特性，而石墨烯具有非同寻常的强度和极好的透光性，在此种结构中最顶层石墨烯作为银纳米层的保护层，夹层石墨烯作为增强层，给本传感器带来了极大的性能改善。本技术采用在银纳米颗粒层表面生长的石墨烯层作为增强结构，增强了银膜与石墨烯之间的紧密贴合性，在一定程度上增强了灵敏度。通过对多种浓度物质的信号检测，这种传感器具有实时监测、灵敏度高，性能稳定，结构小巧等优点，有着广阔的应用前景。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设有敏感膜弯曲段的径向截面示意图；其中，1、U型光纤，2、弯曲段，3、弯曲段纤芯，4、银纳米颗粒层，5、石墨烯层。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，现有技术中存在银膜容易被氧化而造成其LSPR结构检测灵敏度降低的不足，为了解决如上的技术问题，本技术提出了一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器。本技术的一种典型实施方式，提供了一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，包括U型光纤，所述U型光纤为一根形状为U形的光纤，所述U型光纤的中间部分为弯曲形状的弯曲段，其余部分为直线段，直线段包括直线段纤芯和直线段包层，直线段包层包覆直线段纤芯，弯曲段包括弯曲段纤芯，弯曲段的纤芯表面由内向外依次设置至少3层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。首先，由于U型光纤剖面光纤弯曲，传导光在纤芯与包层界面不再满足全反射从而进入包层，产生了许多高阶传播模式，纤芯外露，因此具有大比例的衰逝波传输、结构紧凑及较低的损耗等优点，将U型光纤与某些具有特殊功能的材料结合，可以构成一系列新型的光学器件，因而与无包层型光纤、侧边抛磨型光纤、锥型光纤、光子晶体光纤、D型光纤、光栅光纤相比，U型光纤具有更高的灵敏度。其次，银纳米颗粒层具有良好的敏感特性，而石墨烯层具有非同寻常的强度和极好的透光性，在此种结构中最顶层石墨烯层作为银纳米层的保护层，夹层石墨烯层作为增强层，给本技术的传感器带来了极大的性能改善。第三，采用至少三层敏感膜，其中，夹层石墨烯层为两层，使得银纳米颗粒层之间产生强耦合，从而提供传感器的灵敏度。银纳米颗粒层可以通过热蒸镀的方法制备。石墨烯层可以通过氧化石墨烯化学还原法制备。该实施方式的一种或多种实施例中，U型光纤为多模光纤或大芯径光纤，大芯径光纤的纤芯直径为0.3～1.0mm。该实施方式的一种或多种实施例中，弯曲段的曲率半径为2～4mm。U型光纤的方法为：将多模光纤或大芯径光纤的一段涂覆层去掉，然后将这一部分光纤包皮去除，利用酒精灯外焰距离1cm左右进行加热，使光纤U型光纤弯曲段的曲率半径为2～4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，其特征是，包括U型光纤，所述U型光纤为一根形状为U形的光纤，所述U型光纤的中间部分为弯曲形状的弯曲段，其余部分为直线段，直线段包括直线段纤芯和直线段包层，直线段包层包覆直线段纤芯，弯曲段包括弯曲段纤芯，弯曲段的纤芯表面由内向外依次设置至少3层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯层间隔的银纳米粒子U型光纤LSPR传感器，其特征是，包括U型光纤，所述U型光纤为一根形状为U形的光纤，所述U型光纤的中间部分为弯曲形状的弯曲段，其余部分为直线段，直线段包括直线段纤芯和直线段包层，直线段包层包覆直线段纤芯，弯曲段包括弯曲段纤芯，弯曲段的纤芯表面由内向外依次设置至少3层敏感膜，每层敏感膜由内向外依次为银纳米颗粒层和石墨烯层。2.如权利要求1所述的传感器，其特征是，U型光纤为多模光纤或大芯径光纤，大芯径光纤的纤芯直径为0.3～1.0mm。3.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：申沂明，姜守振，左子谭，王志豪，李灿，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：新型
国别省市：山东,37