专利名称：纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法
技术领域：
本发明涉及ー种金属纳米颗粒表面等离子体共振激发技木，尤其涉及一种纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法。
背景技术：
金属纳米颗粒，得益于其形状和尺寸相关的表面等离子体共振特性，在生物化学传感、表面增强拉曼散射、生物医学和纳米光子学等领域有着广泛的应用。为了制备基于金属纳米颗粒的器件，很有必要将金属纳米颗粒掺杂进固态结构中，如高分子和玻璃等。与此前研究较多的薄膜或块状材料相比，将金属纳米颗粒掺杂进一维纳米光纤中开始引起人们的广泛关注，因为ー维纳米结构在构建纳米电子或纳米光子器件中有很高的灵活性和优势。目前，一般采用自由光束照射办法来激发金属纳米颗粒表面等离子体共振。由于金属 纳米颗粒消光截面很小，且照射光束光斑较大，激发效率一般很低(纵向表面等离子体共振峰处，通常小于5%)。同时，为了实现对自由光束的转向或聚焦，往往需要大体积的部件如棱镜或物镜等，这就使得基于金属纳米颗粒器件的小型化和低功耗变得很困难，不利于器件的集成。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，本发明利用微纳光纤将光耦合进掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，在纳米光纤中传播的光与埋在其中的金属纳米颗粒相互作用，实现金属纳米颗粒表面等离子体共振的高效率激发。本发明解决其技术问题采用的技术方案是
将金属纳米颗粒掺杂到高分子溶液中，制备掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，利用微纳光纤将光耦合进高分子纳米光纤，在纳米光纤中传播的光和金属纳米颗粒相互作用，实现高效地激发金属纳米颗粒表面等离子体共振。本发明具有的有益效果是本方法显著提高金属纳米颗粒表面等离子体共振的激发效率，降低激发金属纳米颗粒所需要的光功率，简化激发金属纳米颗粒所需要的装置，易于实现基于金属纳米颗粒的高度集成的纳米光子学器件。
图I是导波激发高分子纳米光纤中金属纳米颗粒表面等离子体共振的示意图。图2是掺杂金属纳米颗粒高分子纳米光纤的透射电子显微镜照片。图3是导波白光激发高分子纳米光纤中单个金属纳米颗粒表面等离子体共振的光学显微镜照片。图4是导波激发高分子纳米光纤中单个金属纳米颗粒表面等离子体共振收集到的散射光谱。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明。如图I所示，本发明是利用微纳光纤I通过倏逝波耦合将光输入进掺杂金属纳米颗粒3的高分子纳米光纤2，在纳米光纤2中传播的光与埋在其中的金属纳米颗粒3相互作用，激发起金属纳米颗粒3的表面等离子体共振。为了保持高分子纳米光纤2的光波导特性，高分子纳米光纤2 —般放在低折射率衬底(如氟化镁)上或悬空架在氟化镁组成的微通道4上，该通道宽度根据纳米光纤2长度而定。所述的金属纳米颗粒，其材料是金、银或铜，其形状为棒形、球形、立方块等，其尺寸小于200 nm。所述的高分子纳米光纤，其材料包括聚丙烯酰胺、聚氧化こ烯、聚こ烯吡咯烷酮、聚苯こ烯和聚甲基丙烯酸甲酯等，其直径小于I Mffl。所述的掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，其金属纳米颗粒埋在纳米光纤内部。首先，配置金属纳米颗粒和高分子溶液混合溶液，在本发明中采用金纳米棒作演 示，当然也适用于其它金属纳米颗粒。利用钨探针从溶液中蘸取一滴溶液到载玻片上，快速收回钨探针，随着钨探针的移动，有高分子丝从溶液中被拉出来，得到需要的纳米光纤。图2是制备的掺杂金納米棒3的聚丙烯酰胺纳米光纤透射电子显微镜照片。该纳米光纤直径约为360 nm。金纳米棒在高分子纳米光纤中的密度可以通过调整溶液中金属纳米颗粒的浓度实现。制备图2中纳米光纤所用金納米棒浓度为O. 2 nM，聚丙烯酰胺溶液质量分数为3. 8%。截取一段纳米光纤利用微操作方法将其悬在微通道上(如图I所示)，利用微纳光纤将白光耦合进该纳米光纤。图3为导波激发起该纳米光纤2中单个金納米棒3表面等离子体共振的光学显微镜照片，该纳米光纤直径为350 nm，可以看到在金納米棒3处有明显的散射光，来源于金纳米棒表面等离子体共振。图4显示的是该金納米棒的散射谱，有两个明显的特征散射峰，分别对应金纳米棒横向和纵向的表面等离子体共振。为了估算纳米光纤导波方式激发金納米棒表面等离子体共振的效率，我们分别输入单波长激光激发金纳米棒表面等离子体共振，然后利用另ー微纳光纤在靠近金納米棒前后处分别耦合出信号光，比较两者功率得出激发效率。为了估算激发金納米棒横向和纵向表面等离子体共振激发效率，我们分别采用532 nm和785 nm波长激光，得出激发效率分别为20%和70%，明显高于常规的自由光束激发方式。本发明利用纳米光纤导波形式激发金属纳米颗粒表面等离子体共振，具有激发效率高、结构紧凑、功耗小和易于集成等优点，为构建基于金属纳米颗粒的纳米光子学器件提供了ー种途径，也为基于金属纳米颗粒的光与物质相互作用(如非线性)的研究提供了ー个很好的平台。
权利要求
1.一种纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，其特征在于用一根微纳光纤通过倏逝波耦合将光输入进掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，在高分子纳米光纤中传播的光与埋在其中的金属纳米颗粒相互作用，可以高效地激发金属纳米颗粒的表面等离子体共振。
2.根据权利要求I所述的纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，其特征在于所述的金属纳米颗粒，其材料为金、银或铜。
3.根据权利要求I所述的纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，其特征在于所述的金属纳米颗粒，其尺寸小于200纳米，其形状为棒形、球形、立方块等。
4.根据权利要求I所述的纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，其特征在于所述的高分子纳米光纤，其材料包括聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等，其直径小于I Mm。
5.根据权利要求I所述的纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，其特征在于所述的掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，其金属纳米颗粒埋在纳米光纤内部。
全文摘要
本发明公开了一种纳米光纤导波激发金属纳米颗粒表面等离子体共振的方法，用一根微纳光纤通过倏逝波耦合将光输入进掺杂金属纳米颗粒的高分子纳米光纤，在高分子纳米光纤中传播的光与埋在其中的金属纳米颗粒相互作用，可以高效地激发金属纳米颗粒的表面等离子体共振。该激发方式显著提高金属纳米颗粒表面等离子体共振激发效率，降低激发金属纳米颗粒所需要的光功率，简化激发金属纳米颗粒所需要的装置，易于实现基于金属纳米颗粒器件的小型化和高度集成。
文档编号G01N21/55GK102680431SQ20121016572
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者张磊, 王攀, 童利民 申请人:浙江大学