專利名稱：納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法及器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)(PTS)檢測方法及器件。

背景技術(shù)：
當(dāng)環(huán)境中存在痕量持久性有毒物質(zhì)(PTS)時(shí)，特定的敏感結(jié)構(gòu)將對其產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附和富集，從而導(dǎo)致材料固有性質(zhì)的顯著變化。如基于銀顆粒的納米結(jié)構(gòu)材料，當(dāng)吸附有機(jī)分子時(shí)，一方面由于銀納米顆粒本地表面等離子體振蕩峰(Localized surface plasmon resonance，LSPR)產(chǎn)生電場增強(qiáng)效應(yīng)，使得敏感單元的局域場顯著增強(qiáng)，使得拉曼散射信號得到加強(qiáng)，另一方面所吸附的有機(jī)分子的化學(xué)環(huán)境(電子共振和電荷轉(zhuǎn)移共振效應(yīng))也使得拉曼信號明顯增強(qiáng)，從而產(chǎn)生表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering，SERS)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)吸附物的痕量探測和分子識別。目前，關(guān)于環(huán)境吸附物SERS信號的研究工作，所用的SERS激發(fā)光源大多為半導(dǎo)體激光器泵浦的連續(xù)波鈦寶石激光器，對SERS信號的檢測則采用單色儀結(jié)合CCD的方式，并且，為消除雜散光的影響，測試系統(tǒng)中采用了復(fù)雜的空間和光譜濾波器件，使得SERS測試系統(tǒng)的損耗大、檢測靈敏度低，且系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，無法滿足現(xiàn)場檢測的要求。正是這種信號獲取與檢測的困難，制約了SERS效應(yīng)的實(shí)用化，為真正將SERS效應(yīng)用于痕量檢測技術(shù)，必須研究SERS檢測器件的新型設(shè)計(jì)原理及其關(guān)鍵技術(shù)。
另一方面，基于石英玻璃的光纖具有傳輸帶寬大、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、重量輕、柔韌性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光纖激光器與放大器、光纖光柵、光纖耦合器以及波分復(fù)用器等光纖有源與無源器件已達(dá)到了很高的水平，而激光器的高效光纖耦合技術(shù)、光纖雙向傳輸與隔離(解復(fù)用)技術(shù)、光纖信號傳輸與控制技術(shù)、以及光纖接收機(jī)等系統(tǒng)技術(shù)更是成為了現(xiàn)代光纖通信的支撐技術(shù)，并正在應(yīng)用于能源，環(huán)境，生物與醫(yī)學(xué)等相關(guān)學(xué)科。特別重要的是，光纖具有微米量級的纖芯直徑，若將光纖技術(shù)用于納米材料的局域SERS信號的產(chǎn)生、獲取與檢測中，無疑將大大推進(jìn)SERS痕量探測和識別的實(shí)用化進(jìn)程，進(jìn)而推動(dòng)微納光子學(xué)器件的進(jìn)展。近年來，人們已開始嘗試將光纖用于激發(fā)光源與敏感單元之間激發(fā)光、敏感單元與光探測器之間SERS信號的傳輸介質(zhì)，以降低系統(tǒng)損耗，提高檢測靈敏度。但是，這種光纖應(yīng)用是初步的，沒有發(fā)揮光纖技術(shù)的優(yōu)勢。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目是提供一種新的納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法及器件，提高了檢測靈敏度，而且避免了對信號光的頻率的直接測量，簡化了整個(gè)測試系統(tǒng)，降低了成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法，其特征在于激光器作為有毒物質(zhì)的激發(fā)光源將激光耦合到光纖中，進(jìn)入第一環(huán)形器，從第一環(huán)形器端口輸出，經(jīng)過光纖傳輸后，激光照射在粘有有毒物質(zhì)的納米襯底上，有毒物質(zhì)與局域場由于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)相互作用產(chǎn)生拉曼信號光，相對于激發(fā)光源頻率有一個(gè)頻移的拉曼信號，經(jīng)光纖收集后由第一環(huán)形器端口輸入，從第一環(huán)形器的另一端口輸出進(jìn)入第二環(huán)形器；進(jìn)入第二環(huán)形器的拉曼信號，由第二環(huán)形器上的端口到達(dá)可調(diào)光纖布拉格光柵，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光纖布拉格光柵的反射中心波長，使信號光返回進(jìn)入第二環(huán)形器，并從第二環(huán)形器端口輸出，經(jīng)過光纖進(jìn)入光探測器，由光探測器測量信號光光強(qiáng)，如果測量有光信號，說明拉曼信號光的波長與可調(diào)光纖布拉格光柵的中心波長是一致的，這樣該待測有毒物質(zhì)就可以檢測出來。
所述的納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法，其特征在于所述的可調(diào)光纖布拉格光柵帶寬為0.1nm。
納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測器件，包括有激光器，其特征在于激光器的出射激光經(jīng)過耦合光纖進(jìn)入第一環(huán)形器，第一環(huán)形器上一個(gè)端口連接光纖將光傳輸?shù)秸秤杏卸疚镔|(zhì)的納米襯底上，另一個(gè)端口連接光纖接入第二環(huán)形器；第二環(huán)形器有一個(gè)端口連接有可調(diào)光纖布拉格光柵，另一端口連接光纖接入光探測器。
在本發(fā)明中，調(diào)節(jié)可調(diào)光纖布拉格光柵，如果光探測器探測到有光信號，可以通過可調(diào)光纖布拉格光柵的調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)狀態(tài)得到該信號光的頻率，這樣就可以分辨該待測有毒物質(zhì)。該發(fā)明的測量精度高，且操作簡單易實(shí)現(xiàn)。



圖1為納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)(PTS)檢測器件原理圖。

具體實(shí)施例方式 參見圖1。
激光器作為有毒物質(zhì)的激發(fā)光源將激光耦合到光纖中，激光由第一環(huán)形器的端口1進(jìn)入第一環(huán)形器，端口2輸出，經(jīng)過光纖傳輸后，激光照射在粘有有毒物質(zhì)的納米襯底上，由于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號光，相對于激發(fā)光源頻率有一個(gè)頻移的拉曼信號光經(jīng)光纖收集后由第一環(huán)形器的端口2輸入，端口3輸出，然后通過光纖進(jìn)入第二環(huán)形器的端口1，由第二環(huán)形器的端口2到達(dá)可調(diào)光纖布拉格光柵，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光纖布拉格光柵的反射中心波長(可調(diào)光纖布拉格光柵帶寬一般為0.1nm)使信號光由第二環(huán)形器的端口2返回第二環(huán)形器，并由端口3通過光纖輸出，光纖輸出端與光探測器相連，由光探測器測量信號光光強(qiáng)。
權(quán)利要求
1、納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法，其特征在于激光器作為有毒物質(zhì)的激發(fā)光源將激光耦合到光纖中，進(jìn)入第一環(huán)形器，從第一環(huán)形器端口輸出，經(jīng)過光纖傳輸后，激光照射在粘有有毒物質(zhì)的納米襯底上，有毒物質(zhì)與局域場由于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)相互作用產(chǎn)生拉曼信號光，相對于激發(fā)光源頻率有一個(gè)頻移的拉曼信號，經(jīng)光纖收集后由第一環(huán)形器端口輸入，從第一環(huán)形器的另一端口輸出進(jìn)入第二環(huán)形器；進(jìn)入第二環(huán)形器的拉曼信號，由第二環(huán)形器上的端口到達(dá)可調(diào)光纖布拉格光柵，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光纖布拉格光柵的反射中心波長，使信號光返回進(jìn)入第二環(huán)形器，并從第二環(huán)形器端口輸出，經(jīng)過光纖進(jìn)入光探測器，由光探測器測量信號光光強(qiáng)，如果測量有光信號，說明拉曼信號光的波長與可調(diào)光纖布拉格光柵的中心波長是一致的，這樣該待測有毒物質(zhì)就可以檢測出來。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法，其特征在于所述的可調(diào)光纖布拉格光柵帶寬為0.1nm。
3、納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測器件，包括有激光器，其特征在于激光器的出射激光經(jīng)過耦合光纖進(jìn)入第一環(huán)形器，第一環(huán)形器上一個(gè)端口連接光纖將光傳輸?shù)秸秤杏卸疚镔|(zhì)的納米襯底上，另一個(gè)端口連接光纖接入第二環(huán)形器；第二環(huán)形器有一個(gè)端口連接有可調(diào)光纖布拉格光柵，另一端口連接光纖接入光探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了納米結(jié)構(gòu)持久性有毒物質(zhì)檢測方法及器件，激光器作為有毒物質(zhì)的激發(fā)光源將激光耦合到光纖中，進(jìn)入第一環(huán)形器，從第一環(huán)形器上輸出激光照射在粘有有毒物質(zhì)的納米襯底上，由于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號光，相對于激發(fā)光源頻率有一個(gè)頻移的拉曼信號，返回第一環(huán)形器；再到達(dá)第二環(huán)形器經(jīng)過可調(diào)光纖布拉格光柵，使信號光返回進(jìn)入第二環(huán)形器，并從探測端口輸出到光探測器，由光探測器測量信號光光強(qiáng)，分辨該待測有毒物質(zhì)。在本發(fā)明中，調(diào)節(jié)可調(diào)光纖布拉格光柵，如果光探測器探測到有光信號，可以通過可調(diào)光纖布拉格光柵的調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)狀態(tài)得到該信號光的頻率，這樣就可以檢測該待測有毒物質(zhì)。該發(fā)明的測量精度高，且操作簡單易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G01N21/65GK101281134SQ20081010056
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者毛慶和, 廖艷林 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所