(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211143006.5 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 李志远　黄容涛　邓秋蓉　龙利　 杨海遥　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 江裕强 (51)Int.Cl. G01N 21/41(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种螺旋锥金属探针及其用 于液体梯度折 射率测量的方法 (57)摘要 本发明公开了一种螺旋锥金属探针及其用 于液体梯度折射率测量的方法。 所述螺旋锥金属 探针可以使用白光进行激发， 在锥尖表面形成表 面等离子体倏逝波， 进而实现对环 境的折射率检 测。 本发明提供的螺旋锥金属探针制备方法简 单， 可进行批量生产制造。 此外， 该探针可 实现液 体中高空间分辨率(微米量级)的折射率检测， 在 水与乙醇溶液的对流过程中能有非常灵敏的检 测时间响应， 使其可以应用于液体中梯度折射率 测量， 检测液体中的折射率分布， 在液体的折射 率检测领域具有广阔的应用前 景。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115524310 A 2022.12.27 CN 115524310 A 1.一种螺旋锥金属探针， 其特征在于， 所述螺旋锥金属探针包括光刻胶螺旋锥形介质 层和薄金属镀层， 所述光刻胶螺旋锥形介质层 包括一个圆锥底座结构以及圆锥表面的半椭 圆螺旋光栅结构， 该螺旋锥金属探针使用白光进行激发， 在锥尖表面形成表面等离子体倏 逝波， 进而实现对环境的折 射率检测。 2.权利要求1所述的一种螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： (1)将1×2单模光纤耦合器的耦合端光纤剥去涂覆层， 利用光纤切割刀切平光纤端面， 并将其固定于一个具有单轴位移台的光纤夹具上， 在夹具前端固定一块玻片， 调节位移台 使得光纤端面靠近玻片， 在玻片边缘滴上光刻胶导流至光纤端面， 使光纤端面完全浸没于 光刻胶中； (2)将光纤夹具固定于激光直写平台中， 通过计算机系统编写程序控制激光直写平台， 首先通过振镜模式在光纤端面打印圆锥型结构， 随后使用压电模式打印沿着圆锥表面的半 椭圆螺旋光栅结构， 之后 将光纤从夹具上取下， 先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶， 随 后将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液， 取出后光纤表面的异丙醇溶液可在室温下自然挥 发； (3)将光纤转移至磁控溅射镀膜机， 固定光纤使其端面朝上， 在光纤端面的结构表面进 行镀膜， 设定 镀膜功率和镀膜时间， 镀膜完成后即得 所述螺旋锥金属探针； (4)将螺旋锥金属探针固定好， 通过一个物镜将光源注入光纤耦合器的一个分端口， 入 射光通过光纤耦合器传输至耦合端， 照射在光纤端面的螺旋锥金属探针上， 反射光反向传 输至光纤耦合器进入另一个分端口由光谱仪采集， 至此完成对光纤传感系统的搭设， 开展 下一步测量； (5)将螺旋锥金属探针放在一个两种不同折射率的溶液对流的管道中， 采集测量对流 过程中测得其所在位置的折 射率； (6)将螺旋锥金属探针固定在一个位移平台上， 控制探针在梯度折射率分布的液体中 扫描同时采集数据， 经 数据处理即可测得 液体中的折 射率分布。 3.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(1)中， 光纤端面与玻片的间距控制在螺旋锥结构的高度之上以确保有充足空间制 备结构， 同时使得光纤端面完全 浸没于光刻 胶中。 4.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(2)中， 将光纤从夹具上取下， 先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶， 浸润时间不 少于20分钟， 确保未反应的光刻 胶完全溶解。 5.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(2)中， 将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液， 浸润时间不少于3分钟， 确保附着在 探针表面的显影液完全溶解。 6.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(3)中， 设定 镀膜功率为50W‑100W。 7.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(3)中， 设定 镀膜时间为5 0秒‑115秒。 8.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115524310 A 2于， 步骤(3)中， 镀膜靶材为金。 9.根据权利要求2所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在 于， 步骤(4)中， 使用白光激光作为 光源。 10.根据权利要求2 ‑9任一项所述的螺旋锥金属探针用于液体梯度折射率测量的方法， 其特征在于， 步骤(5)中， 采集的折射率经数据处理得到折射率随时间的变化曲线， 曲线陡 变的时间 间隔即为响应时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115524310 A 3