一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，该宽压缩装置包括单模光纤、微泡腔、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光镜；所述单模光纤的端部设置有微泡腔，所述微泡腔的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光镜。本发明专利技术提供的光纤微泡薄膜层F‑P微腔结构调制情况下，LSPR散射谱将受到微腔窄谐振模式调制，出现多条窄线宽谱峰，其线宽将主要取决于微腔腔长。本发明专利技术提供的光纤微泡结构的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩方法及装置，其具有低成本、窄线宽、宽调控范围的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法
本专利技术属于微纳光学
，具体是涉及一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法。
技术介绍
基于金属纳米粒子的局域表面等离激元共振（LSPR）是一种重要的高灵敏度、快速、无标记、集成光学检测技术，在医学诊断、食品卫生、公共安全等领域具有重要应用价值。LSPR最大特点是其共振波长和电场增强程度与纳米粒子尺寸、结构、组分及表面折射率密切相关，具有良好的调谐性和表面电场增强效果。LSPR的检测机理是通过测量分析物对LSPR共振峰的信号强度、相位、偏振以及激发角度等参数的影响进行分析。测量LSPR散射或吸收谱峰变化是最常用的LSPR检测方式。但由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，导致其局域表面等离激元共振谱线宽相对较宽，品质因子相对较低。这使其很难分辨纳米量级以下的波长移动，难以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求。所以，探索如何压缩LSPR线宽，是进一步提高LSPR纳米生物传感器检测灵敏度、促进LSPR生物检测技术继续发展的关键问题。针对这一关键问题，现有技术采用多种结构来改善LSPR线宽特性。如利用周期性金属纳米粒子阵列的远场辐射耦合作用，在合理设计金属纳米粒子的尺寸以及粒子间距条件下，可使金属纳米粒子阵列的消光谱中产生尖锐的窄线宽远场偶极辐射共振峰。另外，利用按一定位置、间距排布的金属纳米粒子多聚体杂化结构的近场耦合作用，也可产生具有较窄线宽的Fano共振散射峰，这也可以明显提高局域表面等离激元共振传感的品质因子。但这些方法通常需要严格控制金属纳米粒子尺寸、形貌和间距等参数，所需实验条件都比较苛刻。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，用以解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，导致其局域表面等离激元共振谱线宽相对较宽，品质因子相对较低，很难分辨纳米量级以下的波长移动，难以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，包括单模光纤、薄膜层微泡、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光片；所述单模光纤的端部设置有薄膜层微泡，所述薄膜层微泡的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微物镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光片。优选的，通过化学修饰方法将金属纳米粒子设置微泡腔的外表面。优选的，所述分光片上端单模光纤传输方向设置有CCD摄像机。优选的，在所述分光片右端单模光纤传输方向的垂直方向上设置有光纤光谱仪。优选的，所述薄膜层微泡结构包括空心微泡腔和微泡顶部薄膜层，所述微泡顶部薄膜层和金属纳米粒子构成一种复合结构的Fabry-Perot微腔结构。优选的，所述金属纳米粒子厚度d1为1-70纳米，修饰在光纤微泡腔薄膜外表面；所述微泡薄膜层厚度d2为0.3-3微米，即300-3000纳米。优选的，所述金属纳米粒子厚度d1和微泡薄膜层厚度d2之间满足d1·d2大于等于450小于等于205000。优选的，所述偏振片由玻璃或者合成树脂制成，其阿贝数值A1为32-58.5，表面粗糙度Ra为2-8纳米。优选的，为了解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，对金属纳米粒子LSPR散射线宽进行压缩以满足更高灵敏度需求，所述金属纳米粒子厚度d1、微泡薄膜层厚度d2、所述偏振片的阿贝数值A1之间满足以下关系：d2=α·(A1)2+d1；其中，α为微泡薄膜层厚度系数，取值范围为0.12-2.45。优选的，为了进一步更好地解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，对金属纳米粒子LSPR散射线宽进行压缩以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求，所述偏振片的表面粗糙度Ra、阿贝数值A1、微泡薄膜层厚度d2之间满足以下关系：d2/A1=β·(A1/Ra)；其中，β为关系因子，取值范围为2.18-18.45。优选的，本专利技术还提供一种基于光纤微泡结构的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置的线宽压缩方法，该线宽压缩方法包括以下步骤：S1、光纤微泡腔的制备：将端面沾有液体的两根光纤放在熔接机里面对接后进行电弧放电操作，液体受热后膨胀会在光纤端部形成一个微泡；随后调整熔接机放电及马达参数来改变气泡结构，实现单端气泡，最后继续放电会使单端微泡变薄至微米厚度薄膜层；S2、采用显微物镜收集经FP干涉模式调制的窄线宽LSPR散射谱信号，信号经过偏振片后经一分光片被送至CCD相机和光纤光谱仪进行成像和光谱分析。优选的，在所述微腔调制情况下，所述LSPR散射谱将受到所述微腔窄谐振模式调制，出现多条窄线宽谱峰；所述线宽主要取决于微腔腔长。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：1、本专利技术的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，利用微泡薄膜层F-P窄线宽谐振腔模式来调制纳米粒子LSPR模式，实现金属纳米粒子LSPR散射线宽低于50nm的有效压缩。2、本专利技术的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，通过运用显微物镜探测方式检测LSPR散射谱，检测系统比较集成，成本也比较低、具备集成化、远距离探测潜能，有助于实现一种真正意义上的无标记、集成LSPR纳米生物传感器。3、本专利技术的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置及方法，在高折射率光纤端部制备不同形貌的光纤微泡结构。微泡顶端薄膜层厚度最薄可达300nm，且厚度可控。利用上述微泡薄膜层结构和金属纳米粒子，可以实现一种复合结构的Fabry-Perot微腔结构。在此基础上，提出运用微泡薄膜层Fabry-Perot窄线宽谐振腔模式来调制纳米粒子LSPR模式，实现金属纳米粒子LSPR散射线宽低于50nm的有效压缩。4、本专利技术的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，通过设置，所述金属纳米粒子厚度d1、微泡薄膜层厚度d2、所述偏振片的阿贝数值A1的范围和关系，解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，对金属纳米粒子LSPR散射线宽进行压缩以满足更高灵敏度需求。5、本专利技术的金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，通过设置所述偏振片的表面粗糙度Ra、阿贝数值A1、微泡薄膜层厚度d2之间满足的关系，进一步更好地解决由于金属纳米粒子的强烈散射损耗与本征吸收效应，对金属纳米粒子LSPR散射线宽进行压缩以满足更高灵敏度乃至单生物分子传感需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的基于光纤微泡结构压缩金属纳米粒子LSPR散射线宽的结构图。图2为本专利技术的基于光纤微泡结构压缩金属纳米粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：该宽压缩装置包括单模光纤、微泡腔、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光镜；所述单模光纤的端部设置有微泡腔，所述微泡腔的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：该宽压缩装置包括单模光纤、微泡腔、金属纳米粒子、显微镜、偏振片、分光镜；所述单模光纤的端部设置有微泡腔，所述微泡腔的外表面设置有金属纳米粒子；在单模光纤传输方向微泡腔的上端设置有显微镜；所述显微镜的上端设置有偏振片；所述偏振片上端设置有分光镜。


2.如权利要求1所述的一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：通过可调谐激光器将金属纳米粒子设置在微泡腔的外表面。


3.如权利要求1所述的一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：所述显微镜包括物镜和目镜，所述物镜位于目镜的下端。


4.如权利要求1所述的一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：在分光镜上端单模光纤传输方向设置有CCD摄像机。


5.如权利要求1所述的一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：在分光镜右端单模光纤传输方向的垂直方向上设置有光谱仪。


6.如权利要求1所述的一种金属纳米粒子LSPR散射线宽压缩装置，其特征在于：所述微泡结构包括微泡腔和微泡顶部薄膜，所述微泡腔、微泡顶部薄膜和金属纳米粒子构成F-P微腔结构。


7.如权利要求1所述的一种金属纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠军，黄梦醒，张树斌，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;46