一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置及检测方法，包括：平凸柱面透镜，位于光路上；多模光纤探针，其输入端与平凸柱面透镜的输出端光路连接；其表面的设定位置上设置有金属纳米颗粒层，形成敏感区；样品池，设置于敏感区位置处，且设置有拉曼探头，敏感区位于拉曼探头的焦距处；功率探测器，其输入端与多模光纤探针的输出端光路连接。利用多模光纤中的偏斜光线激发多模光纤表面增强拉曼散射基底，偏斜光线能产生很高的倏逝场，具有更强的传感性能。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置及检测方法
本专利技术涉及食品安全光谱检测与光纤传感
，是一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置及检测方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。物质辨别及定量检测技术在食品安全、环境保护以及生命科学领域具有很重要的应用，对于人们生活质量保障的重要性不言而喻。光谱检测法通常是基于分子层面的物理性质来确定物质的种类，目前相关的技术有荧光光谱法、光干涉检测法、吸收光谱法和拉曼光谱法等。当前，拉曼光谱分析是以拉曼散射为基础建立起来的分子结构表征技术，可用来对分子的化学官能团进行鉴定，不受水溶剂的影响实现样品成分的特异性检测。近年来，借助于拉曼光谱仪的小型化和微型化，表面增强拉曼光谱(SERS)技术已经从实验室技术逐渐发展成为一种现场快检技术，有望在迫切需要现场快速检测工具的食品安全、环境监测、国防和公共安全等领域得到广泛应用。局域表面等离子体共振是金属纳米颗粒一个重要的光学性质，其与金属纳米颗粒周围介质的折射率密切相关，当共振条件满足时，局域以及散射的光场都会得到极大的增强，利用金属纳米颗粒的这个效应可以极大增强物质的非线性效应，如表面增强拉曼散射、表面增强倍频效应等，在化学、医学、生物分子传感等诸多领域中有很重要的应用。准确可靠的SERS定量分析一直是SERS领域的热点和痛点问题，迄今尚未能得到有效解决。目前，大部分工作都聚焦于提高电磁场增强的稳定性，如制备重现可靠的(溶胶或固态)SERS基底、内标法消除热点区域的电磁场增强的高度不均匀性等。但是，不同浓度下，由于目标分子与基底的相互作用方式，如表面吸附构型、吸附位点等会发生改变，从而可能影响定量分析结果。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置及检测方法。为解决以上技术问题，本专利技术的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，包括：平凸柱面透镜，位于光路上；多模光纤探针，其输入端与平凸柱面透镜的输出端光路连接；其表面的设定位置上设置有金属纳米颗粒层，形成敏感区；样品池，设置于敏感区位置处，且设置有拉曼探头，敏感区位于拉曼探头的焦距处；功率探测器，其输入端与多模光纤探针的输出端光路连接。第二方面，本专利技术提供一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测方法，包括如下步骤：单频激光经准直后进入平凸柱面透镜，将高斯光束转变为片光束，并以不同角度入射到多模光纤探针输入面的不同位置处；多模光纤探针内的光束激发样品池内的样品，产生拉曼散射，并在贵金属纳米颗粒层的作用下增强；增强后的拉曼散射光被拉曼探针接收，传输给拉曼光谱仪；多模光纤探针输出的光束被功率探测器接收；通过拉曼光谱和功率衰减，对样品进行定性和定量检测。与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：(1)利用多模光纤中的偏斜光线激发多模光纤表面增强拉曼散射基底，偏斜光线能产生很高的倏逝场，具有更强的传感性能，因此不需要将光纤二次破坏性加工以得到锥形、D形、凹槽形结构，来获得倏逝场，该方法保持了光纤原有的结构和鲁棒性，使光纤SERS基底具有较强的可靠性。(2)平凸柱面透镜可以将高斯光束转变成片光束，使装置在进行激发光入射角调整时，具有更高的分辨率，进而可以使得检测装置具有更高的检测灵敏度。(3)利用同一个多模光纤探针，既进行拉曼光谱检测又进行吸收光强检测，将表面增强拉曼光谱检测和吸收光强检测相结合，能够同时实现物质的定性及定量检测。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的基于偏斜光线激发的光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例的多模光纤探针示意图；图3本专利技术实施例的片光束在多模光纤探针输入端的激发位置；图4、图5是本专利技术实施例的0.1μg/mL的罗丹明6G溶液在不同入射条件下的光衰减图；图6是本专利技术实施例的获得的罗丹明6G溶液的浓度关系图；图7是本专利技术实施例的获得的浓度为0.1μg/mL罗丹明6G溶液的拉曼光谱图。其中，1-单频激光器，2-准直透镜，3-平凸柱面透镜，4-多模光纤探针，5-样品池，6-功率探测器，7-拉曼探头，8-拉曼光谱仪，9-拉曼光谱及功率衰减显示器。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利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专利技术所属
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专利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。第一方面，本专利技术提供一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，包括：平凸柱面透镜，位于光路上；多模光纤探针，其输入端与平凸柱面透镜的输出端光路连接；其表面的设定位置上设置有能产生表面增强拉曼光谱的材料层(贵金属纳米颗粒层)，形成敏感区；样品池，设置于敏感区位置处，且设置有拉曼探头，敏感区位于拉曼探头的焦距处；功率探测器，其输入端与多模光纤探针的输出端光路连接。样品池主要功能用于形成测量暗室，固定光纤探针，引入拉曼激发光，收集拉曼散射光。主要包括拉曼探头筒、激发光束筒、光纤探针敏感矩形区域、光纤槽以及光纤压块。拉曼探头筒末端到光纤探针的垂直距离为拉曼探头物镜的焦距。光纤压块用于固定光纤探针。平凸柱面透镜产生窄线状光束，能较精确选择最佳入射位置，而且光射线群越窄，光纤中与横模竞争相关的泵浦吸收不稳定性就越弱。局域表面等离子体共振技术可以增强拉曼散射的信号强度，提高拉曼光谱法辨别物质的能力。光纤具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、集传输和传感于一体的特性，多模光纤传感技术利用偏斜光线激发产生较强渐逝场，增强光与物质的相互作用，获得了更高的泵浦激光吸收能力，提高了拉曼光谱及吸收光谱法的检测能力。利用贵金纳米颗粒的局域表面等离子体共振特性获得的表面增强拉曼散射现象以及利用偏斜光线激发的多模光纤传感技术，提出的一套基于偏斜光线激发的局域表面等离子体共振光纤化学传感检测装置，该检测装置将多模光纤偏斜光线传感技术引入表面增强拉曼散射效应，增强光与物质的相互作用，获得了更高的泵浦激光吸收能力，进而增强了多模光纤上的金属纳米颗粒之间的局域表面等离子体共振，提高拉曼散射信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：包括：/n平凸柱面透镜，位于光路上；/n多模光纤探针，其输入端与平凸柱面透镜的输出端光路连接；其表面的设定位置上设置有能产生表面增强拉曼光谱的材料层，形成敏感区；/n样品池，设置于敏感区位置处，且设置有拉曼探头，敏感区位于拉曼探头的焦距处；/n功率探测器，其输入端与多模光纤探针的输出端光路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：包括：
平凸柱面透镜，位于光路上；
多模光纤探针，其输入端与平凸柱面透镜的输出端光路连接；其表面的设定位置上设置有能产生表面增强拉曼光谱的材料层，形成敏感区；
样品池，设置于敏感区位置处，且设置有拉曼探头，敏感区位于拉曼探头的焦距处；
功率探测器，其输入端与多模光纤探针的输出端光路连接。


2.根据权利要求1所述的光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：还包括激光器，激光器位于平凸柱面透镜的光路上游。


3.根据权利要求2所述的光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：所述激光器为单频激光器。


4.根据权利要求2所述的光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：激光器与平凸柱面透镜之间设置有准直透镜。


5.根据权利要求1所述的光纤表面增强拉曼光谱传感检测装置，其特征在于：多模光纤探针的输入端的入射光束与多模光纤探针的轴线呈设定夹角。


6.根据权利要求5所述的光纤表面增强拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金玉，谢洪晶，刘媛，李振，赵林，侯墨语，董果风，王纪强，刘统玉，吕蕾，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37