[发明专利]基于二次增强的表面增强拉曼探头的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感技术，具体地说是一种新型的具有高灵敏特性的表面增强拉曼探头，该探头利用金属微尖与金属颗粒组合形成二次局域，以增强拉曼散射强度，获得高灵敏特性。

背景技术

拉曼光谱具有指纹特性，其光谱特性反映物质的分子结构，其强度反映物质的含量，在生物分析、环境监测、爆炸物安全监测、物质鉴定以及食品安全检测等方面具有非常广泛的应用。传统激光拉曼光谱的信号非常弱，通过金属微纳结构的表面增强，可使拉曼信号增强几个数量级，即表面增强拉曼光谱。具有表面增强拉曼光谱的金属结构包括纳米光栅、孔阵列以及各种粒子结构等。目前的表面增强拉曼光谱的排布方式主要为探测物位于增强结构与入射激光之间，该排布方式虽能获得较高的拉曼增强因子，但对于不透光物质，入射光无法穿透探测物而到达增强结构的表面，从而无法实现拉曼增强。表面增强拉曼探头的排布方式则不同，探测物与入射激光位于增强结构的不同侧面，因此入射光无需经过探测物即可到达增强结构表面。同时，表面增强拉曼探头结构可制作于光纤端面，并与光源及光谱仪集成，从而实现远距离遥感以及生物活体的内窥探测。然而，该排布方式的增强因子较低，无法与前一种排布方式相比，导致其探测灵敏度较低。这是由于探头结构只利用了金属结构的一次局域作用，而一次局域获得的场增强是有限的。2009年Ashwin Gopinath等人通过大粒子的局域场激发了小粒子的二次局域，从而获得了极高的电磁场增强，这为高灵敏的表面增强拉曼探头的实现奠定了基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有表面增强拉曼探头测器低灵敏的限制，提供一种表面增强拉曼探头测器的制作方法，通过金属结构的二次局域增强，实现了该探头测器高灵敏度的表面增强拉曼探测。

本发明的技术解决方案：基于二次增强的高灵敏表面增强拉曼探头的制作方法，所述高灵敏表面增强拉曼探头由基底、金属膜和金属纳米颗粒组成，表面增强拉曼探头的制作步骤如下：

步骤S1：选择基底的材料及金属膜的材料；基底为四棱锥微体结构；

步骤S2：根据金属/介质介面的表面等离子体波的波矢匹配条件，确定计算四棱锥微尖结构激发的沿微尖侧壁、微尖底部向微尖传播的表面等离子体波的波长，计算表面等离子体波长满足关系：

λspp=λ0ϵd+ϵmϵdϵm---(1)]]>

其中，ε_d，ε_m分别为基底材料和金属材料的介电常数，λ₀为入射激光波长，λ_spp为表面等离子体波长；

步骤S3：由于微尖结构底部不同边缘激发的沿尖端传播的表面等离子体波相互干涉成驻波，在干涉的波腹位置具有最强的初次局域场，使微尖尖端位于干涉的波腹中，由此设计微尖结构参数满足以下关系：

h/cosθ=2n+14λspp---(2)]]>