Tailored Aggregate-Free Au Nanoparticle Decorations with Sharp Plasmonic Peaks on a U-Type Optical Fiber Sensor by Nanosecond Laser Irradiation

Abstract

A novel experimental methodology is presented for fabricating U-shaped optical fiber probes decorated with aggregate-free Au nanoparticles exhibiting sharp localized surface plasmon resonance (LSPR) spectra. The U-type tip is coated with gold nanoparticles (AuNPs) using a simple and time-efficient dip-coating procedure, without initially taking any care to prevent the formation of nanoparticle aggregates in the coated area. In a second step, the coating was irradiated with a few tens of laser pulses of 5-ns duration at 532 nm with intensities in the range of 2-14 MW/cm 2 , leading to the formation of aggregate-free LSPR optical fiber probes. The process was monitored and controlled in real time through the changes induced into the fiber's extinction spectra by the laser irradiation, and the coated fibers were characterized by electron microscopy. The proposed methodology resulted into the fabrication of U-type optical fiber probes coated with AuNPs exhibiting a sharp plasmon peak, which is a perquisite for their application as sensing devices.

Preparation and Application of Metal Nanoparticals Elaborated Fiber Sensors

“…However, the influence of the random morphology of silver NPs on the reflected light and sensing characteristics of fiber probe is worthy to be studied further. The particle size of Au NPs in sol affects its SPR absorption spectrum, which usually shows a wide absorption spectrum (several nanometers to tens of nanometers) similar to the fluorescence spectrum [ 35 ]. Spasopoulos et al dip-coated Au NPs sol on the U-shaped optical fiber and irradiated it with high-energy laser pulse (532 nm, 6–7 ns duration, 6–10 mw/cm 2 ) to change the cluster morphology, resulting in the photothermal dissociation and the sharp plasma resonance peak [ 36 ], the corresponding optical fiber probe is shown in Figure 3 c. Laser pulse photothermal treatment can precisely adjust the morphology and size of Au NPs by setting laser wavelength, duration, intensity, pulse width, etc.…”

Ανάπτυξη Αισθητήρων Πλασμονίου Οπτικών Ινών Γεωμετρίας U Με Την Χρήση Νανοσωματιδίων Χρυσού

“…ηε ζπλέρεηα θαηά ην δεχηεξν ζηάδην ηεο ηερληθήο γίλεηαη αθηηλνβφιεζε ηνπ αηζζεηήξα κε ηε βνήζεηα παικηθψλ laser, πνπ έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηε βειηηζηνπνίεζε ησλ πνηνηηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ. Ολνκάζακε ηελ ηερληθή πνπ αλαπηχμακε σο «Γιαμόπθυζη Σσημαηιζμών νανοζυμαηιδίυν μέζυ Ακηινοβόληζηρ Laser» (Tailoring Decorations by Laser Irradiation, TDLI) [114,115]. Οη αηζζεηήξεο, πνπ θαηαζθεπάζηεθαλ κε απηή ηελ ηερληθή, ρξεζηκνπνηήζεθαλ σο αληρλεπηέο ηεο κεηαβνιήο ηνπ δείθηε δηάζιαζεο.…”

“…Η UTF ηνπνζεηήζεθε νξηδφληηα θαη ζπλδέζεθε ζηελ πεηξακαηηθή δηάηαμε κέζσ δπν θαισδίσλ νπηηθψλ ηλψλ. Φσο ζηελ νξαηή πεξηνρή ηνπ θάζκαηνο παξαγφκελν απφ ιάκπα αινγφλνπ (Ocean Optics LS-1), εηζέξρεηαη κε ηελ βνήζεηα ελφο ζπγθεληξσηηθνχ θαθνχ ζην έλα άθξν ηεο, ελψ ην άιιν άθξν θαηαιήγεη ζε έλα θαζκαηφκεηξν (Avantes, AvaSpec-ULS3648-USB2), ην νπνίν είλαη ζπλδεδεκέλν κε έλαλ θνξεηφ ππνινγηζηή γηα ηελ θαηαγξαθή ησλ δεδνκέλσλ ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν [114]. ρήκα 5.9 Πεηξακαηηθή δηάηαμε αθηηλνβφιεζεο ηεο UTF κε δέζκε, παικηθήο δηάξθεηαο θαη .…”

“…Φσο ζηελ νξαηή πεξηνρή ηνπ θάζκαηνο απφ κηα ιάκπα αινγφλνπ (Ocean Optics LS-1) εηζέξρεηαη κε ηε βνήζεηα ελφο ζπγθεληξσηηθνχ θαθνχ ζην έλα άθξν ηεο UTF, ελψ ην άιιν άθξν θαηαιήγεη ζε έλα θαζκαηφκεηξν (Avantes, AvaSpec-ULS3648-USB2), ην νπνίν είλαη ζπλδεδεκέλν κε έλα θνξεηφ ππνινγηζηή γηα ηελ θαηαγξαθή ησλ δεδνκέλσλ, κε ηε βνήζεηα ηνπ πξνγξάκκαηνο Avasoft 8. Σν πξφγξακκα απηφ επηηξέπεη ηελ θαηαγξαθή ηνπ θάζκαηνο ηνπ θσηφο, πνπ θπκαηνδεγείηαη κέζα ζηελ UTF ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν, θαζηζηψληαο ηελ φιε δηαδηθαζία πιήξσο ειεγρφκελε[114,115]. Πεηξακαηηθή δηάηαμε ελαπφζεζεο λαλνζσκαηηδίσλ ρξπζνχ πάλσ ζηελ UTF.Πξηλ μεθηλήζεη ε δηαδηθαζία ηεο εκβάπηηζεο ηεο UTF κέζα ζηα θνιινεηδή δηαιχκαηα, θαηαγξάθνπκε ην θάζκα ηεο θσηεηλήο πεγήο, φηαλ ε UTF είλαη ζηνλ αέξα (Ι 0 AIR ) θαη φηαλ είλαη εκβαπηηζκέλε ζε απνζηαγκέλν λεξφ (Ι 0 H2O ) θαη ηα δπν απηά θάζκαηα απνηεινχλ ηα θάζκαηα αλαθνξάο γηα φια ηα ζηάδηα θαηαζθεπήο ηνπ αηζζεηήξα.…”