专利名称：光纤探针的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤探针的制造方法，尤其涉及一种用于探测拉曼信号 的光纤探针的制造方法。
背景技术：
表面拉曼光谱在表面科学、材料科学等领域的各种研究技术中占有重要
地位，其中，表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,简称 SERS)技术因具有独特的、极高的灵敏度，可使得在某些金属表面的物质的 拉曼散射信号异常地增强几个至十几个数量级，因此受到广泛关注。二十余 年来的表面增强拉曼散射实验及理论研究表明，上述异常现象不但与表面科 学而且与纳米科学密切相关，存在许多亟待于深入研究的重要科学问题。近 年来，新一代高灵敏度的共焦显微拉曼谱仪的出现，使得表面拉曼光谱取得 一些突破性进展，其中单分子的表面增强拉曼散射谱的获得可称为该领域的 一重要突破。其中，人们利用表面增强拉曼光谱方法检测到单分子吸附在单 个金属银纳米颗粒上的高质量表面增强拉曼散射谱图，其增强因子高达1014 (即放大倍数达到百万亿倍)，这被认为是目前单分子科学的最重要的研究 方法之一。这种技术的灵敏度高，可以用来探测溶液或者气体中的微量分子， 因此具有广阔的应用前景。
目前常用的一种将表面增强拉曼技术实用化的方法为将表面增强拉曼 技术与光纤技术相结合用于探测拉曼信号。如图4所示，传统的光纤探针系 统30为将光纤32的一端镀上金属薄膜或者颗粒作为探测端322,另一端作 为测量端324。分子吸附在探测端322的金属薄膜或者颗粒上，在激光34 的照射下会产生增强的拉曼散射，散射的光信号经过光纤32传导到测量端 324,光语分析设备36可以在测量端获取并分析拉曼信号。这样光纤的探测 端可以方便的插入各种待测样品38中，无需把样品38放到光谱分析设备36 的专用样品台上，提高了探测效率，而且有利于设计结构紧凑，集成度高的 拉曼探测设备。但是，该光纤探针30中仅用光线作为探测和传导表面增强
拉曼散射信号探头，激发表面增强拉曼散射信号的激光34需要从别的光通 路照射到需要检验的样品38上面，因此整个探测系统就需要两套光路，结 构比较复杂，不利于小型化发展。
为克服以上缺点， 一种单光纤探针系统40被设计出来，请参阅图5。该 光纤探针40中激发光和散射光可同时在光纤42中传导。激发光源44发出 的光线依次经过半透半反镜442，反射镜444反射后通过聚焦透镜46聚焦后 从测量端424进入光纤42,在光纤42内部传导到光纤的探测端422从而照 射样品48。探测端422的拉曼散射信号经过光纤42再传导到测量端424， 经过聚焦透镜46、反射镜444和半透半反镜442后再进入光谱分析设备52。 该单光纤探针40虽可以达到设备紧凑的目的，但是其与传统的光纤探针30 一样，其光纤42的探测端422表面的金属颗粒或者薄膜通常是用物理或者 电化学的方法包裹上去，具体包括电镀、蒸镀或者賊射法等。通常，这些方 法需要在真空腔体中或在电解液中进行，而且很多时候需要对光纤进行加热
处理，以提高颗粒或者薄膜的附着性以及表面的粗造程度。因此，这些方法 费时费力，而且会对光纤的传输性能有影响，不利于实际应用。
因此，本发明有必要提供一种简单的制备光纤探针的方法，其在制备过 程不需要任何加热和真空设备，操作简单，且制作得到的光纤探针同样可以 获得增强的拉曼光语散射信号。
发明内容
以下，将以若干实施例说明一种简单的制备光纤探针的方法，其在制备 过程不需要任何加热处理和真空设备，操作简单，且制作得到的光纤探针同 样可以获得增强的拉曼光谱散射信号。
一种光纤探针的制造方法，其包括以下步骤提供一光纤，其具有同轴 设置的芯部与保护层；去除光纤一端的保护层并露出芯部；将露出的芯部浸 入酸性溶液中腐蚀形成预定形状的探测端；形成一金属层于探测端表面。
金属层的形成方法包括以下步骤将光纤探测端浸入金属胶体溶液中； 蒸发溶剂。
金属层的形成方法包括以下步骤将金属胶体溶液滴在探测端表面；蒸 发溶剂。
在形成金属层以前可预先将光纤一采测端浸入碱性溶液中。 该金属层的材料为金、银、铜或铂。 该酸性溶液为氢氟酸或氟氨酸。
该碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化4丐、碳酸纳、碳酸钾、碳酸 4丐、碳酸氩纳、碳酸氩钾或碳酸氩4丐。 该金属层的厚度为1~100纳米。 探测端可通过酸性溶液腐蚀为圆柱体或锥体。
相较于现有技术，所述的光纤探针的制造方法无需任何加热设备，且整 个过程无需在真空环境中进行，操作容易，设备简单，易于实际应用。
图1为本发明实施例光纤探针的制造方法的流程示意图。
图2为本发明实施例光纤探针的制造方法所得的一种光纤探针的结构示意图。
图3为本发明实施例光纤探针的制造方法所得的另 一种光纤探针的结构 示意图。
图4为现有技术中一种光纤探针的原理示意图。 图5为现有技术中另一种光纤探针的原理示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作进 一 步的详细说明。
请参阅图l，本发明实施例.的光纤探针10的制造方法主要包括以下几个 步骤
(一) 提供一光纤，其由内而外依次包括同轴设置的芯部12与保护层
14;
本实施例光纤可选择为单模光纤或多模光纤。其保护层14材料可选择 为塑料或树脂涂层。其芯部12包括同轴设置的内芯122与外芯124。内芯 122与外芯124的主体材料都是石英玻璃，但内芯122的折射率略大于外芯 124的折射率，以实现光线的全反射。
(二) 将光纤一端的保护层14剥离，露出光纤芯部12;
将光纤预定用于探测拉曼信号的一端的保护层14剥离，并露出管线芯 部12。光纤的另一端通过一系列反射、透射透镜与光谱分析设备及激光发生 器连接。
(三) 将露出的光纤芯部12浸入酸性溶液中，以腐蚀去除该部分光纤 芯部12的外芯124并将内芯122腐蚀形成预定形状的探测端126;
酸性溶液一般选择为氬氟酸或氟氨酸，也可选择为其它能够腐蚀光纤芯 部12的溶液。腐蚀后形成的探测端126的形状可根据浸入酸性溶液中的时 间长短控制，腐蚀时间较短成圓柱体，而腐蚀时间较长则成锥体，该探测端 126用于将聚焦后的激光光束照射到待测样品上，并收集待测样品上产生的 拉曼散射信号。
(四) 将探测端126浸入石成性溶液中，以去除残余在纟冢测端126的表面 的酸性溶液，并在4果测端126表面形成一负离子层；
碱性溶液一般选择为氬氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钓、碳酸纳、碳酸钾、 碳酸钓、碳酸氬纳、碳酸氬钾、碳酸氩4丐等碱性溶液。
(五) 将探测端126浸入含有金属颗粒的胶体溶液中，在探测端的表面 形成金属层16。
含有金属颗粒的胶体溶液为由金属纳米晶体颗粒和溶剂混合形成的胶 体溶液。其中，溶剂一般选择为无极性的溶液，例如环己胺或氯仿溶液。金 属纳米晶体颗粒材料可选择为金、银、铜、铂或其他金属的纳米晶体，本实 施例优选采用金胶体溶液。由于金胶体表面被正电荷层所包裹，将表面形成 有负离子层的探测端126浸入含有金属颗粒的胶体溶液中时，金胶体颗粒会 吸附到带有负电的光纤探针的探测端126表面。将溶剂蒸发后，金属颗粒会 附着于4冢测端126表面，从而在4笨测端表面形成一颗粒金属层16。本实施例 金属层16的厚度小于1微米，优选为1纳米 100纳米。
另外，为提高金属颗粒附着的效果，本实施例亦可采用将含有金属颗粒 的胶体溶液滴到探测端126的表面，在溶剂蒸发后，金属颗粒附着于探测端 126的表面，形成金属层16。
本技术领域技术人员应明白，本实施例使用的含金属颗粒的胶体溶液 中，金属颗粒的表面也可不带电荷。此时，可直接将该溶液滴在探测端126 的表面，在溶剂蒸发后同样可形成金属层16。
本实施例的光纤揮:针的制造方法无需 <壬〗可加热i殳备，且整个过程无需在
真空环境中进行，操作容易，设备简单，易于实际应用。
请参阅图2，本发明实施例制造方法得到的一种光纤探针io,其包括一
个芯部12及包覆在芯部12外表面的保护层14。该保护层14和芯部12同轴 设置。该芯部12于光纤探针10的一端延伸出来形成一探测端126。 一金属 层16形成于该探测端126的表面。芯部12用于完成光信号的传输与收集拉 曼散射信号，保护层14将光封闭在芯部12内，用于保护芯部12，增加光纤 探针10的机械强度。
芯部12由外芯124和内芯122构成。其主体材料都是石英玻璃，但其 折射率不同，其中，内芯122的折射率比外芯124的折射率稍微大一些。以 满足全反射的条件。当内芯122内的光线入射到内芯122与外芯124的交界 面时，只要其入射角大于临界角，就会在内芯122发生全反射，不断传播。
本实施例探测端126的形状为圆柱体，其直径小于或等于芯部12内芯 122的直径，其材料与内芯122材料相同。金属层16厚度小于1微米，优选 为1纳米~100纳米，其材料可选择为金、银、铜、柏或其他金属。保护层 14材料一般可选择为塑料或树脂涂层。
光纤探针IO在相对于探测端126的另一端可通过一系列反射、透射透 镜(图未示)与光谱分析设备(图未示)及激光发生器(图未示)连接。
本实施例光纤探针IO在工作时，激光发生器发出的光线经过半透半反 聚焦透镜聚焦后，在光纤内部传导到光纤的探测端126从而照射样品(图未 示)。与样品作用后产生的拉曼散射信号被探测端126收集，经过光纤再传 导到光语分析设备得到拉曼光谱。
请参阅图3，本发明实施例制造方法得到的另一种光纤探针20，其包括 一个芯部22及包覆在芯部22外表面的保护层24。该保护层24和芯部22 同轴设置。该芯部22于光纤探针20的一端延伸出来形成一探测端226。 一 金属层26形成于该探测端226的表面。该光纤探针20的结构与光纤探针10 基本相同，其不同在于光纤探针20的探测端226为锥体。本技术领域技 术人员应明白，本发明实施例光纤探针20的形状应不限于圓柱体与锥体。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种光纤探针的制造方法，其包括以下步骤提供一光纤，其具有同轴设置的芯部与保护层；去除光纤一端的保护层并露出芯部；将露出的芯部浸入酸性溶液中腐蚀形成预定形状的探测端；形成一金属层于探测端表面。
2. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，金属层的形成方 法包括以下步骤将光纤探测端浸入金属胶体溶液中；蒸发溶剂。
3. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，金属层的形成方 法包括以下步骤将金属胶体溶液滴在探测端表面；蒸发溶剂。
4. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，在形成金属层以 前可预先将光纤探测端浸入碱性溶液中。
5. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，该金属层的材料 为金、4艮、铜或柏。
6. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，该酸性溶液为氢 氟酸或氟氨酸。
7. 如权利要求4所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，该碱性溶液为氬 氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸纳、碳酸钾、碳酸钓、碳酸氢纳、碳 酸氢钟或碳酸氬钓。
8. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，该金属层的厚度 为1 100纳米。
9. 如权利要求l所述的光纤探针的制造方法，其特征在于，探测端可通过酸 性溶液腐蚀为圓柱体或锥体。
全文摘要
一种光纤探针的制造方法，其包括以下步骤提供一光纤，其具有同轴设置的芯部与保护层；去除光纤一端的保护层并露出芯部；将露出的芯部浸入酸性溶液中腐蚀形成预定形状的探测端；形成一金属层于探测端表面。
文档编号G01N21/63GK101113953SQ20061006185
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者湲 姚, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司