激光诱导法制备表面增强拉曼散射光纤探针

作     者：黎铭珊 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨昌喜

授予年度：2009年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：激光诱导法 光纤探针 金属纳米颗粒 表面增强拉曼散射 

摘      要：利用光纤探针进行表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)探测是对低浓度样品进行远程、实时的高灵敏度探测的有效手段。由于光纤SERS探针上金属基底的性质直接影响探针的探测效果,故对其制备方法的研究具有重要的意义。本论文利用激光诱导法制备表面增强拉曼散射光纤探针,为光纤探针上SERS基底的控制制作提供了一种新的方法。 利用激光诱导法,在实现玻璃片上激光焦点处的银颗粒沉积的基础上,在单模光纤端面形成银纳米颗粒沉积,得到单模光纤SERS探针。银纳米颗粒优先沉积在光纤纤芯以内,随激光照射时间增加渐渐向纤芯外扩张,而且颗粒的沉积图案与光纤中激光的传播模式相一致;银纳米颗粒的形状、大小与激光诱导过程中激光功率、光照时间及反应溶液的浓度有关。对激光诱导过程的机理进行了讨论,认为该过程主要分为两步,即银纳米颗粒在溶液中还原及银纳米颗粒在光纤端面沉积。利用光镊的原理解释颗粒沉积过程,并通过实验对该解释进行了验证。 将单模光纤SERS探针应用于低浓度罗丹明6G溶液的探测,分别通过在光纤端面银颗粒沉积上的直接探测及光纤探针远程探测,验证了该光纤探针的SERS探测性能。分析了不同探测环境对探测结果的影响,并通过利用SERS“热点增强及利用氯离子促进样品分子在银颗粒表面的吸附,改善了探针的探测效果。 最后,在不同类型的光纤上通过激光诱导法制备光纤SERS探针。利用锥形光纤使激光在锥尖处聚集增强的特点,在锥尖处形成银纳米颗粒沉积,且越接近锥尖顶端的探测点的SERS增强效果越显著。利用多模光纤纤芯面积及数值孔径大有利于散射信号收集的特点,通过激光诱导法制备多模光纤SERS探针,其探测效果较单模光纤SERS探针明显提高。