RCWA方法设计阶梯形光学生物分子检测探针

设计了一种阶梯形光学生物分子检测探针,并利用严格耦合波分析（RCWA）法计算了此探针的反射光谱的反射效率。模拟结果表明,此探针的反射谱中特定峰值处,探针周围的待测物折射率与探针的入射角间呈线性变化,且探针反射效率与待测物折射率和入射角均符合左半高斯型曲线分布。所以,既可应用入射角来反映待测物折射率的变化,也可利用反射效率的变化反映待测物折射率的变化。基于此研究的方法和结果可广泛应用于生物传感器和生物分析等研究领域。     

基于RCWA方法设计的甲醛传感器的研究

针对日常生活中甲醛损害人们健康的问题,该文采用严格耦合波分析（RCWA）法设计了一种能快速、高精度实时检测甲醛溶液浓度的光学传感器。该传感器以多孔二氧化锆(ZrO2)介孔材料作为甲醛的承载单元,TiO2和SiO2光栅分别作为波导层和光耦合层构成的层状复合结构。利用RCWA法计算了该传感器的透射光谱,建立了透射共振峰波长与待测甲醛溶液浓度间的关系模型,并分析了其传感特性。结果表明,该传感器具有较高的灵敏度和良好的重复稳定性,品质因数Q=1 261,灵敏度可达0.101 nm/%,并可实现对待测甲醛溶液浓度的实时动态监测。     

光学DNA生物传感器

概述了当前ＤＮＡ生物传感器的研究特点以及发展现状中存在的问题,通过对光学ＤＮＡ生物传感器的基本原理和种类详细介绍,结合多学科交叉的特点,对ＤＮＡ生物传感器的发展前景进行了展望。     

Si衬底表面圆柱形抗反射周期微结构的设计及制作

应用严格耦合波分析方法(RCWA),在本征硅片衬底表面设计并制作了一种圆柱形抗反射微结构元件。通过MATLAB软件模拟仿真确定其最优参数组合,使反射率设计值为3%。应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术制作了单面和双面的圆柱形微结构,根据结果得到射频功率、气体流量及工作气压对微结构侧壁陡直度及形貌具有很大影响。还分析比较了形状(t为实际柱顶面直径与底面直径之比)与反射率的关系。采用热场发射扫描电子显微镜对该结构进行形貌表征,综合显微成像红外光谱仪对反射率进行测量。实验结果:制作了单面、双面微结构与无结构本征硅片反射率做比较双面圆柱形微结构的抗反射效果最好,反射率达8%左右,基本达到抗反射设计要求。     

生物组织折射率测量的一种简便方法

提出了一种基于光学相干层析（OCT）测量生物组织折射率的光程匹配法，该方法通过缩短测量时间，保证了测得的折射率接近于生理状态，测量了标准样品熔石英及真实样品黄瓜浅表层在850nm和1300nm波长下的折射率，验证了方法的有效性和可靠性，分析表明，光程匹配法对焦追迹法的有效补充。     

一种新型光纤光栅传感器解调系统

选择线性滤波法解调光纤光栅(FBG)传感信号,实现传感光栅Bragg波长微小偏移的实时检测.利用单片机取代PC机,有效实现了系统的小型化.采用锁相放大电路和24位∑-Δ高精度A/D转换模块采集有用信号,提高系统精度和动态范围.使用USB接口模块存储和传输数据,使解调系统特别适合现场测量和野外作业的要求.设计出了一种新型FBG传感器解调系统,通过实验和数据验证了该系统高精度、便携带的特点.     

现场检测用谷丙转氨酶光学生物传感器研究

研制了一种新型现场检测谷丙转氨酶(ALT)的光学生物传感器.该生物传感器基于目标检测物ALT与底物的专一性反应,促使敏感膜发生颜色变化,该变化在可见光范围内660 nm处发生特异性的吸收,利用自行开发的ALT光学传感器系统,基于光的吸收/反射原理从而达到检测目的.利用该生物传感器进行血清学研究,在20～150 U/L时具有较好的线性关系,线性相关系数0.987,检测时间60 s,可以满足现场检测需要.     

现场检测用谷丙转氨酶光学生物传感器研究

研制了一种新型现场检测谷丙转氨酶（ALT）的光学生物传感器。该生物传感器基于目标检测物ALT与底物的专一性反应，促使敏感膜发生颜色变化，该变化在可见光范围内660nm处发生特异性的吸收，利用自行开发的ALT光学传感器系统，基于光的吸收/反射原理从而达到检测目的。利用该生物传感器进行血清学研究，在20-150U/L时具有较好的线性关系，线性相关系数0.987，检测时间60s，可以满足现场检测需要。     

现场检测用谷丙转氨酶光学生物传感器研究

研制了一种新型现场检测谷丙转氨酶(ALT)的光学生物传感器。该生物传感器基于目标检测物ALT与底物的专一性反应,促使敏感膜发生颜色变化,该变化在可见光范围内660nm处发生特异性的吸收,利用自行开发的ALT光学传感器系统,基于光的吸收/反射原理从而达到检测目的。利用该生物传感器进行血清学研究,在20~150U/L时具有较好的线性关系,线性相关系数0.987,检测时间60s,可以满足现场检测需要。     

光纤倏逝波生物传感器探针新的几何设计

为提高光纤倏逝波生物传感器的探测效率和灵敏度,根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径,以此匹配半径为基础分析激发光在线性锥型光纤探头中的光线传输轨迹.结合倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,提出一种新的抛物线锥形光纤探头.计算结果表明,为使入射光在均匀感应部分激发的能量最大,入射角在锥形感应部分必须满足在锥形终端最小且刚好是临界角的条件.通过修正抛物线锥形参数,使入射角在满足全反射条件下更加接近于临界角,从而获得比线性锥形更深的透射深度.灵敏度测试实验结果表明抛物线锥形的灵敏度比其它探针测试效果好,说明凹形抛物线锥形探针能够与待测的生物样品之间构成一种理想的荧光收集与激发机制,实验与理论结果比较吻合.     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

紫外写入技术制备光波导器件研究

研究了采用PECVD方法生长的Si基SiO2波导材料的光敏特性.经过高压载氢处理,利用KrF准分子激光脉冲(工作波长为248nm)在波导材料中诱导出的折射率变化量达到0.005,相对值约增加0.34%.详细研究了紫外光诱导出的折射率变化沿样品深度方向的分布情况.最后,采用紫外写入法在PECVD方法生长的Si基SiO2波导芯层中制备出了单模波导和Y分束器样品,并观测到了通光现象,实测结果与模拟结果一致.     

紫外写入技术制备光波导器件研究

研究了采用PECVD方法生长的Si基SiO2波导材料的光敏特性.经过高压载氢处理,利用KrF准分子激光脉冲(工作波长为248nm)在波导材料中诱导出的折射率变化量达到0.005,相对值约增加0.34%.详细研究了紫外光诱导出的折射率变化沿样品深度方向的分布情况.最后,采用紫外写入法在PECVD方法生长的Si基SiO2波导芯层中制备出了单模波导和Y分束器样品,并观测到了通光现象,实测结果与模拟结果一致.     

基于光均分器与光阶分器的网络构建与设计

光均分器与光阶分器是光分路器的两种系列化规格产品,与网络设计者设计的光分路器构建网络相比,选择合适规格的光均分器和光阶分器来构建网络更具挑战性,需要一定的方法和技巧。通过实例介绍了如何合理搭配并选择合适规格的光均分器与光阶分器来设计和构建光纤传输网络。     

基于菲涅耳反射的准分布折射率传感器研究

介绍了一种基于时分复用光纤传感技术的准分布折射率传感器。通过测量光纤端面的菲涅耳反射信号的强度,实现对待测溶液折射率的分布检测。在多个测量点之间采用不同长度的延迟光纤,利用不同传感位置处的菲涅耳反射信号回到测量端的时间差来实现距离可分辨的多点测量。实验结果表明该传感器的测量距离达16 km,测得折射率范围为1.3486~1.4525,对应的灵敏度范围为38.785~305.430 dB/RIU(RIU为折射率单元)。     

非线性微腔的光学双稳态

基于F-P腔理论,通过引入有效折射率概念,研究了非线性微腔的光学双稳态,给出了相应的解析表达式。理论曲线与其它文献的数值模拟结果相吻合。研究表明,系统要产生双稳态现象,必须对入射光预置一定的偏移量。若介质是聚焦型Kerr介质,入射光波必须红移;反之则蓝移。临界的偏移量是腔共振模线宽的0.866倍。     

波长调制型PMMA光波导SPR传感器敏感单元设计

光波导表面等离激元共振(SPR)传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。文章设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)脊型波导SPR传感器,并对其关键参数进行了优化。结果表明,该敏感单元在待测液折射率为1.33~1.45的范围内能够稳定工作,在高折射率检测区,传感器展现出了高达10220nm/RIU的灵敏度和173RIU-1的高品质因数。     

菱体型相位延迟器对入射角灵敏性的研究

为了清楚地了解菱体型消色差λ/4相位延迟器对入射角i变化的灵敏性随折射率n变化的规律,利用全反射相变公式详细推导出器件对入射角i变化的灵敏性与折射率n的关系式,并做出了理论曲线。可见,随着折射率n的增加,器件对入射角i的变化更加灵敏。结果表明,设计器件时应尽量避免选择高折射率材料。在分析相位延迟量的测量误差时,这个应用也是很有价值的。