基于PDMS转移法的微纳传感结构在光纤端面实现的研究

发布时间：2021-01-09 23:40

　　微纳光纤传感器将微纳加工与光纤传感技术有机结合,具有重大的科研意义和产业化潜力。然而现有的加工技术无法在光纤端面实现任意复杂三维结构的制备,因而限制了微纳光纤传感器的发展。本文提出了光纤端面的微纳结构转移的新方法来制备微纳光纤传感器。该方法利用成熟微纳加工技术在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上制备微纳结构,并通过PDMS薄膜将微纳结构转移至光纤端面。本文结合实验与仿真对该新型加工技术的可行性进行了验证,实验方案简述如下。首先,基于表面等离激元共振理论知识,以时域有限差分法为理论研究基础,利用FDTD-Solutions仿真优化设计了微纳结构。进而,通过干涉光刻等微纳加工技术,在PDMS薄膜上实现金纳米阵列结构的制备。之后,将薄膜连同微纳结构一同转移到光纤端面,在光纤端面实现人为定义三维立体微纳结构。最后,通过在扫描电镜下对制备的样品进行检测,确认PDMS薄膜及其上三维结构可被无损转移至光纤端面。同时对制备出的实验样片的光学性能进行了测试分析。将制备的微纳光纤传感器在不同浓度不同折射率的葡萄糖水溶液中进行了光谱测定。测试结果表明,随着葡萄糖溶液折射率升高,消光光谱发生红移,与模拟仿真结果... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光纤端面加工技术概述
        1.2.1 对光纤端面修饰的自组装法
        1.2.2 对光纤端面进行直接加工的技术
        1.2.3 以光纤端面为平台进行微纳加工的技术
        1.2.4 将平面加工的微纳结构转移到光纤端面的技术
        1.2.5 其他微加工技术
    1.3 纳米粒子制备现状
        1.3.1 液相合成
        1.3.2 光刻制版技术
    1.4 主要研究内容
第2章 金属表面等离激元共振理论
    2.1 简介
    2.2 表面等离激元共振理论
    2.3 局部表面等离激元共振理论
    2.4 单个纳米粒子的扁球体理论
    2.5 本章小结
第3章 纳米颗粒耦合与数值模拟
    3.1 介绍
    3.2 纳米粒子的耦合
        3.2.1 纳米颗粒的远场和近场
        3.2.2 偶极极化率α的纳米颗粒的几何计算
        3.2.3 两个纳米粒子之间的耦合
        3.2.4 纳米颗粒阵列的耦合
    3.3 时域有限差分法FDTD
        3.3.1 FDTD-Solutions应用范围及特点
        3.3.2 FDTD-Solutions仿真设计流程
    3.4 不同折射率下金纳米球颗粒的仿真分析
    3.5 本章小结
第4章 微纳结构转移法制备微纳光纤传感器
    4.1 光纤端面三维微纳结构的制备方法
    4.2 关键技术及实现方法
        4.2.1 干涉曝光
        4.2.2 光刻胶掩模的制备
        4.2.3 薄膜沉积
        4.2.4 微纳结构的翻转
        4.2.5 带有三维微纳结构的PDMS与光纤的键合与对准
        4.2.6 微纳光纤传感器灵敏度检测系统的搭建
    4.3 制备结果与表征
        4.3.1 制备结果
        4.3.2 微纳光纤传感器对葡萄糖水溶液的折射率灵敏度测定
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
附录
攻读硕士期间发表论文及科研成果
致谢



本文编号：2967624