引用本文:
陈振宜,郑潇,陈娜,等:基于SERS光纤探针近场喇曼光谱检测研究[J]. 光通信技术,2019,43(8):55-58.
陈振宜,郑 潇,陈 娜*,刘书朋,包晓杰,商娅娜
(上海大学 特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了提高传统喇曼光谱显微技术的光学分辨率,实现待测样品纳米尺度的组分分析,近场光学技术被广泛用于喇曼光谱检测中。基于表面增强喇曼散射(SERS)光纤探针的近场喇曼光谱检测技术,将扫描探针显微技术和喇曼光谱分析技术相结合,通过控制SERS光纤探针对多模光纤端面上样品的扫描,以获得被测样品的近场喇曼成像。利用罗丹明(R6G)试剂对SERS光纤探针的近场喇曼检测性能进行表征,其最低检测浓度达10-7 mol/L,并实验测得了R6G浓度为10-5 mol/L的近场喇曼光谱成像,由此表明SERS光纤探针具有近场喇曼光谱成像能力。
关键词:光纤探针;喇曼光谱;表面增强喇曼散射;近场喇曼;光谱成像
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)08-0055-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.08.014
0 引言
喇曼光谱作为研究分子振动和转动的一种光谱分析方法,其含有丰富的分子内部结构信息,为识别和表征物质提供了基本依据[1]。常规的喇曼光谱检测技术受光学衍射极限[2]限制,其最佳光谱分辨率仅达到二分之一入射波长。而基于Synge [3]近场成像概念的扫描探针显微技术,突破了传统光学显微镜的衍射极限,能够获得待测物质原子级别的表面形貌成像,已被广泛应用于光学、表面力学、半导体和生命科学等领域[4-6]。将扫描探针显微技术和喇曼光谱技术结合,对待测物质进行纳米尺度的超分辨率近场喇曼成像,有利于对物质进行更详细的内部组成成分分析[7-9]。
目前,近场喇曼光谱研究主要分为两种:无孔径近场喇曼(TERS)光谱和孔径探针近场喇曼光谱。TERS光谱技术仍然面临两方面挑战,即测试环境背景干扰和样品无损检测[10,11]。然而,在孔径探针近场喇曼光谱检测的研究过程中,就如何提高孔径探针的光通量以及增强待测物质的近场喇曼信号,已成为亟待解决的问题。为了提高待测物质的近场喇曼信号,共振喇曼散射技术和表面增强喇曼散射技术被应用于近场喇曼光谱研究中。而在孔径探针制备发展过程中,出现了很多新型的孔径探针结构,如C形、蝴蝶结形和纳米孔对[12-15]。这些新型结构的探针在提高光耦合效率、局域光强度和空间分辨率等方面起了很大的作用,但是,其制备方法复杂、工艺难度高。
本文利用表面增强喇曼散射(SERS)光纤探针和多模光纤构建近场喇曼光谱检测装置,结合表面增强喇曼散射技术,通过喇曼光谱仪,对该装置在近场喇曼光谱检测中的性能进行研究。
3 结束语
本文利用SERS光纤探针和多模光纤搭建了近场喇曼光谱检测系统,由SERS光纤探针尖端和多模光纤SERS端面形成的近场激发双重喇曼增强结构,与远场激发相比较,极大地降低了光纤的背底喇曼散射,提高了喇曼光谱的检测灵敏度,并实现了近场喇曼光谱的成像检测。同时,利用R6G溶液对近场喇曼光谱检测系统的灵敏度及其成像性能进行了表征,可测得的R6G样品特征峰的最低浓度达10-7 mol/L。本文的研究结果对于SERS光纤探针用于近场喇曼光谱检测研究具有重要意义。