基于MSM结构的表面等离子体共振光纤折射率传感器

基于表面等离子体共振(SPR)效应,设计了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构的光纤折射率传感器。采用光纤熔接的方式构成MSM结构,并且在单模光纤的表面涂覆二氧化钛/银(TiO2/Ag)复合膜构成传感单元。利用FDTD Solutions仿真分析了单模光纤长度与金属膜厚度对传感器性能的影响。结果表明:单模光纤长度越长,共振深度越深;TiO2/Ag复合膜中Ag膜厚度为50nm,TiO2膜厚度为20nm时,传感器性能最优,在1.33~1.41环境折射率范围内,传感器的灵敏度约为6 875nm/RIU。实验结果表明该光纤折射率传感器结构制作工艺简单、灵敏度高。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。     

基于液相掺杂的低损耗近等厚芯层掺稀土光纤

过高的纤芯损耗和纤芯折射率非均匀性严重制约了掺稀土光纤在高功率光纤激光器中的应用,提出一种基于液相掺杂的低损耗近等厚芯层掺稀土光纤的工艺方法.结合改良的化学气相沉积(MCVD)溶液掺杂法制备了含有多层疏松层的掺稀土光纤预制棒,理论分析了光纤预制棒缩棒前、后芯层差的变化原理,采用流量递减沉积工艺降低了缩棒后不同芯层之间的...     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器的设计与分析

为了实现光子晶体光纤在近红外波段下的高灵敏度传感,设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(SPR-PCF)折射率型传感器。光纤内部的空气孔呈六边形排列,金纳米层完全包覆光纤外璧并与圆形待测物通道接触。利用有限元矢量软件COMSOL对SPR-PCF传感器的光学特性进行数值模拟仿真,得到不同待测物折射率的共振波长并绘制出纤芯损耗光谱,通过纤芯损耗光谱来对SPR-PCF传感器的传感特性进行分析。实验结果表明,其折射率测量区间为1.31~1.38,最大光谱灵敏度为104 nm/RIU,最大振幅灵敏度为200RIU-1,折射率测量精度为2.94×10-5RIU。     

新型双通道可选择性SPR光纤传感器的研究

设计了一种双通道表面等离子体共振光纤传感器,分析了Au、Cu两种材料对波长调制型表面等离子体共振光纤传感器的影响,优化了金属厚度并且选取优化后的金属厚度dAu=47 nm,dCu=53 nm进行数值仿真分析。结果表明,金属层为金的通道比金属层为铜的通道灵敏度高,但是金属层为铜的通道比金属层为金的通道检测精度高4倍;金属层为金的传感通道适合检测折射率较低的物质,而金属层为铜的传感通道适合检测折射率较高的物质,该传感器的提出扩大了单一传感器的应用范围,并且文中提出的传感器比传统的SPR传感器检测精度高,灵敏度和单通道传感器一样。     

强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的测量新方法

提出了一种同时测量强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的方法。对生长于强吸收衬底上的透明薄膜,提出在该薄膜上镀一层薄金属,形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率,使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和导出的共振模模式本征方程,同时确定透明薄膜的厚度和折射率。实验中测量了硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的折射率和厚度,测量的相对误差均小于10-3。该方法具有简便、可靠、可测量任意折射率薄膜的优点。     

基于双D型光纤表面等离子共振折射率传感研究

以双D型光纤作为传输载体,研究了一种基于表面等离子共振技术的双D型光纤折射率传感器。利用时域有限差分法,分析了双D型光纤剩余包层厚度、金膜厚度、金膜表面粗糙度以及双通道传输对光纤SPR传感器性能的影响。仿真结果表明,当剩余包层厚度为300~500nm、覆盖的金膜厚度为50nm时,双D型光纤SPR传感器的性能得到优化;金膜表面粗糙度也是影响传感器性能的重要因素,当金膜表面粗糙度的均方根值低于2nm或其相关长度大于160nm时,金膜表面粗糙度对传感器性能的影响显著减小,且在折射率为1.33~1.36的传感环境下具有较好的线性度;在双D型光纤两侧覆不同的金属膜,可以实现信号的双通道测量。     

Effect of temperature rise and hydrostatic pressure on microbending loss and refractive index change in double-coated optical fiber

This paper presents an analysis of the effect of temperature rise and hydrostatic pressure on microbending loss, refractive index change, and stress components of a double-coated optical fiber by considering coating material parameters such as Young's modulus and the Poisson ratio.

It is shown that, when temperature rises, the microbending loss and refractive index changes would decrease with increase of thickness of primary coating layer and will increase after passing through a minima. Increase of thickness of secondary coating layer causes the microbending loss and refractive index changes to decrease.

We have shown that the temperature rise affecting the fiber makes the microbending loss and refractive index decrease, linearly. At a particular temperature, the microbending loss takes negative values, due to tensile pressure applied on the fiber.

The increase of Young's modulus and the Poisson ratio of primary coating would lower the microbending loss and refractive index change whereas in the secondary coating layer, the condition reverses.     

Polarization properties of a fiber to planar waveguide couplerincorporating a thin metal layer

A fiber to planar waveguide coupling structure incorporating a thin metal layer is described. The resonant wavelengths for the TM polarization were found to be highly sensitive to the refractive index of the superstrate material while those for the TE polarization were unaffected. A theoretical model for the multilayer structure was developed on the basis of a matrix method approach and a preliminary analysis of the resonance shift phenomena for the TM mode shows good agreement with experiment     

表面等离子体共振类熊猫型光子晶体光纤传感器

分析了基于表面等离子体共振类熊猫型的光子晶体光纤传感器,采用基于全矢量有限元法（FEM）对光纤模式进行了数值计算,在各向异性完美匹配层（PML）边界条件下,求解模场的有效折射率。讨论了各个参量的尺寸对传感的影响。计算表明,激发的等离子体对环境介质折射率的变化非常敏感,所设计传感器最大光谱灵敏度达到2 μm/RIU,若光谱仪的分辨率为10 pm,则传感器的分辨率可以达到5×10-6 RIU。     

平面波导激励的对称型表面等离子体共振结构的研究

研究了一种平面波导激励的对称型表面等离子体共振（SPR）结构,该结构以一定厚度的介质两侧覆盖金属层为核心。理论分析表明,该结构的TM0模式为表面波。研究了一定波长下不同介质时金属膜间介质厚度与等效折射率之间自勺．关系。采用离子交换技术制备了多模平面波导,对其等效折射率进行了测试,采用平面波导激励对称结构的等离子体表面波...     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

双峰效应光纤光栅薄膜传感器的优化设计

利用双峰谐振效应,通过在长周期光纤光栅(LPFG)包层表面涂覆一层对周围气氛敏感的薄膜,建立了一种新型薄膜传感器,其双峰谐振波长间隔随薄膜折射率的变化而变化.基于三包层光纤光栅物理模型,根据耦合模理论研究了传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参数(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参数(光栅周期Λ、折变量σ)之间的关系.采用最优化数值方法,确定了最佳的膜层光学参数和光栅结构参数.计算表明,该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-7.     

基于倾斜光纤光栅及其表面等离子效应的折射率传感比较研究(英文)

介绍了倾斜光纤光栅作为折射率传感器的测量原理,给出它的倾斜角8°与中心波长1550nm的反射谱与透射谱,分析了具有表面等离子的倾斜光纤光栅传感机理。为验证折射率传感的可能性与优点,进行了蔗糖浓度溶液的裸倾斜光纤光栅与镀金的倾斜光纤光栅的折射率测量分析,证明镀金后的表面等离子效应倾斜光纤光栅折射率传感器其灵敏度大大增加。     

Self-filtering multilayer S-waveguides with absorption and radiation losses

This paper investigates guided and leaky modes in four-layer waveguides with sixteen different index cross sections, including theS-shaped refractive index distribution. TheS-form waveguides may result from introduced absorption losses in the outer layer or quasi-single-mode operation with absorption losses of higher-order unwanted modes. Also, the higher value of outer layer index as compared with the core can produce quasi-single-mode operation with radiation losses of higher-order unwanted leaky modes.     

基于M-Z滤波和LPFG的液体折射率传感特性研究

利用飞秒激光逐线刻写方式在HI1060光纤中制作谐振波长为1548.5 nm,谐振强度为7 dB,栅区长度为3.2 mm的长周期光纤光栅。通过纤芯错位熔接方法在HI1060光纤中制作马赫曾德-干涉仪(MZI),对LPFG的透射光谱进行滤波优化。设计使用不同折射率的酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液分别对基于MZI滤波的LPFG的折射率特性进行了测试和研究。实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液中的折射率灵敏度分别为301.78 nm/RIU、138.80 nm/RIU和132.67 nm/RIU。     

双层等折射率浮雕结构共振布儒斯特滤光片的泄漏模特性

通过调整光栅的填充系数,获得具有均质层和光栅层等效折射率相等的表面浮雕结构共振布儒斯特滤光片.深入研究了这类滤光片的泄漏模特性,并讨论光栅参数和入射条件的变化对滤光片共振特性的影响.研究表明:入射角的改变对滤光片泄漏模特性的影响不明显,但填充系数、均质层厚度以及基底折射率的改变对滤光片泄漏模特性影响很大.当填充系数f→1和f＜0.6时,以及当基底折射率接近波导层折射率(n→1.63)时,导模共振效应趋于消失.此外,随着均质层厚度的不断增大,多模共振效应将被激发,从而在一定的波长或入射角范围内导致多个泄漏模共振效应的产生.     

Return loss characteristics of optical fiber connectors

This paper describes the return loss characteristics for four typical contact type connectors: perpendicular and oblique endface connectors employing either physical contact or contact via index matching material. The high index layer on the polished fiber endface and the index matching material, which are important connector parameters, are investigated by measuring the return loss from one perpendicular fiber endface coated with the material and by etching the fiber endface. It is useful to apply two materials with different refractive indices to derive the refractive index and thickness of high index layers on perpendicular fiber endfaces. The index matching material we use has a refractive index of 1.467 at 20°C and a thermal coefficient of -2.9×10^-4/°C at 1.3 μm. We performed return loss calculations and experiments of the four contact type connectors. The worst value at any temperature from -40 to 80°C can be estimated, by measuring the return loss of these connectors at room temperature     

基于SPR增强的开放式悬挂芯光纤集成芯片

为了有效提升光纤表面等离子体共振(SPR)传感器场增强效果的响应速度和场增强特性,采用悬挂芯光纤结合表面等离子体共振增强检测机理来提高表面场增强程度,提出了一种新型的光纤SPR-表面场增强芯片结构。采用有限元理论分析了上述结构的光场特性,由分析可知,当薄膜层在40nm~50nm附近时存在比较强的场增强;场增强程度与激发SPR共振波长密切相关;而缩小包层厚度、降低纤芯折射率对比度也有利于大幅度增加场增强强度,但半径和包层厚度变化对穿透深度几乎没有影响。结果表明,优化后的光纤芯片具有较高的场增强效果。该研究为高灵敏、快速流体检测应用提供了一种解决思路。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。