高灵敏度分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的高灵敏度分段结 构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分 段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第1个界面上被反复的激 发和吸收。分析 不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝 波传感器,并用 不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相 同和分段结构传 感器的传感长度3cm短于传统的单一的直形传感器传感长度5cm的条件下,分段结构传感器 的灵敏度是 0.038L/g,优于直形传感器的灵敏度0.026L/g。分段结构光纤倏逝波传感器能有效激发 光纤中低阶模到高 阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构 光纤倏逝波传感 器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高。     

光纤倏逝波吸收传感器灵敏度模拟分析

基于光波导模式理论,结合光纤倏逝波吸收原理,分析了本征型单模光纤倏逝波的传输特性及功率传输情况,导出了光纤倏逝波吸收传感器的灵敏度公式。结合灵敏度公式分析了传感器的几何参数、溶液折射率及入射波长与灵敏度的关系,运用时域有限光束传播法（FD BMP）进行模拟。模拟结果表明,光纤传感区纤芯越长越细,外界溶液折射率越小,入射波长越短,其归一化输出功率越小,传感器灵敏度越高,这与理论计算和文献实验结果一致,为光纤倏逝波吸收传感器的研究提供了参考。     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。     

光纤研磨纸粒度对侧边研磨塑料光纤传感器灵敏度的影响

为了提高侧边研磨型(D形)塑料光纤倏逝波传感器的灵敏度,采用不同粒度的光纤研磨纸对塑料裸光纤进行侧边研磨,制备了不同直径及不同表面粗糙度的D形塑料光纤倏逝波传感器。实验观测了D区表面形貌、D区直径与表面粗粗度对传感器光传输性能及灵敏度的影响。实验研究发现:D形敏感区域直径及表面粗糙度对传感器光传输及灵敏度影响显著;传感器灵敏度随着D区直径的减小先增大后减小,当D区直径为1200μm时,传感器对葡萄糖溶液的响应灵敏度达到最大值:-0.0032(mg/L)-1;当采用粒度为9μm的光纤研磨纸对光纤进行研磨时,传感器的灵敏度将进一步提升至-0.0045(mg/L)-1,是未经研磨塑料光纤传感器灵敏度的11.25倍。     

本征型光纤倏逝波化学传感器的研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,本文提出基于倏逝波原理的本征型光纤化学传感器。根据光线理论数值分析了传感器几何结构参数,溶液折射率与灵敏度的关系。通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,进行实验系统设计,并用不同浓度亚甲基蓝对这些传感器进行了实验研究。实验结果与数值计算结果一致,传感区纤芯越细,越长,其灵敏度越高。为了提高传感器灵敏度并保证纤芯不至于太细而折断,应少减小传感器直径,有效增加其长度。     

纳米光纤传感器

根据纳米光纤的倏逝波传输特性，提出将亚波长直径氧化硅纳米光纤用于光学传感器的研究设想。通过求解Maxwell方程，得到由于周围环境折射率变化而引起的光纤传导模的位相改变，并由此计算传感器的灵敏度。研究结果表明，使用纳米光纤研制传感器，可以获得比微米级光纤或波导传感器更小的结构尺寸和更高的灵敏度。     

准确检测偏二氯乙烯的红外光纤倏逝波传感器

利用中红外光纤构建了一种在线准确检测偏二氯乙烯的红外光纤倏逝波传感器,该传感器由U形中红外光纤传感探头、偏二氯乙烯选择性敏感膜和超疏水膜构成.四氟乙烯敏感膜涂覆在U形区表面,超疏水膜涂覆在偏二氯乙烯敏感膜表面.U形传感器可增强光纤表面倏逝波强度,从而提高传感器的灵敏度.敏感膜可实现对水体中偏二氯乙烯的选择性测量,提高传...     

熔锥型光纤耦合器折射率传感特性研究

构建了熔锥型光纤耦合器微米量级下的波导结构模型。利用光束传播法对光功率在熔锥型光纤耦合器模型中的分布变化进行了数值模拟,分析得到了在不同折射率环境下耦合器输出光谱响应图的变化规律。依据微米量级光纤倏逝场耦合模理论,搭建基于熔锥型光纤耦合器结构模型的传感实验系统,研究了其透射光谱与外界蔗糖溶液折射率的变化关系。理论模拟和实验结果表明,当外界环境溶液折射率在1.3330～1.4000范围内变化时,传感结构透射光谱的漂移与折射率变化呈现良好的线性关系,响应灵敏度能够达到2272.7569 nm/RIU。该折射率传感结构测量范围宽,响应速度快,结构紧凑,传感光路搭建操作简单。     

高灵敏度多模干涉-异质无芯光纤折射率传感器

基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。     

基于FPGA的倏逝波型光纤气体检测研究

文章就光纤气体传感器的背景和发展进行了介绍,并且对倏逝波型的光纤气体检测原理进行了分析与研究.设计了一款基于FPGA的倏逝波型的光纤气体检测系统.通过模拟与实验,提高了检测灵敏度和响应时间,可进行多种气体检测.     

线性锥形光纤倏逝波传感器的灵敏度分析

倏逝波的透射深度、均匀感应区域的感应芯径和感应长度是线性锥形光纤倏逝波传感器灵敏度的主要影响因素。为了实现灵敏度的最优化设计,分别建立了倏逝波透射深度与锥形参数之间关系及有效吸收路径与感应芯径和感应长度之间关系的数学模型,讨论了不同锥形参数(发射角、锥度比、锥长)下倏逝波的透射深度,不同感应芯径和感应长度下倏逝波的有效吸收路径,并进行了仿真。仿真结果表明,选择锥形光纤几何体和合适的发射角,可使透射深度增大近3倍,当锥度比为0.4时,倏逝波透射深度最大;减小感应芯径,增大感应长度可提高倏逝波的有效吸收路径,增强纤芯表面的倏逝波与周围吸收介质的作用强度。研究结果可用来指导制作高灵敏度线性锥形光纤倏逝波传感器。     

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。     

免疫型光纤倏逝波生物传感器的研究与发展

介绍了基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的基本原理,针对其中应用的各种方法进行了分析。基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的免疫检测方法、探头发展和系统结构发展．对国内外的最新产品和技术及其应用情况进行了介绍和概述,并结合新技术的出现和系统整体结构的演变趋势对免疫型倏逝波光纤生物传感器的发展进行了展望。     

基于倏逝波吸收的塑料光纤葡萄糖传感特性

利用塑料光纤作为传感和传光器件,以高亮度经正弦信号调制的蓝光LED为光源,基于倏逝波吸收原理进行葡萄糖浓度传感。实验研究了U形、双锥形、螺旋形传感头对不同质量浓度葡萄糖溶液的传感特性,实验结果为螺旋形传感头的灵敏度最高。螺旋形传感头的透射光功率与葡萄糖质量浓度之间呈线性关系,线性系数为0.986,系统的灵敏度为0.1μg/mL。实验还对螺旋形传感头在质量浓度分别为0mg/100mL和25mg/100mL葡萄糖溶液中透射光功率的重复性进行了测试,在5个循环内实验结果具有重复性。     

光纤倏逝波传感器探针灵敏度分析

针对直线型光纤探针结构特点,从倏逝波场能量的角度对探针的灵敏度进行理论建模,推导出探针平均倏逝波吸收系数的表达式.在此基础上从探针锥型长度与纤芯半径的匹配关系、入射角度、溶液折射率这几个方面对灵敏度的影响进行实例计算.计算结果表明:在探针长度一定时,合理的选择锥型长度与纤芯半径能有效地提高探针灵敏度,实例中最高有接近69倍的差别.同时入射角越靠近全反射角,溶液折射率越大,则探针的灵敏度越高.最后通过实验研究表明,实验结果与理论计算具有一致性.     

倏逝波光纤布拉格光栅归一化反射率特性研究

基于光波导理论与光纤布拉格光栅（FBG）的模式耦合理论,对倏逝波FBG传感器的能量衰减特性进行了分析研究。最后得到了FBG的归一化反射率的表达式,它是外部介质折射率（SRI）和FBG纤芯直径的函数。理论仿真显示FBG归一化反射率会随着SRI增大和FBG腐蚀程度的加深而减小,呈非线性关系。实验结果也证明增大SRI（小于包层介质折射率）或者增大FBG的腐蚀程度都会使光纤纤芯中的传输能量减小,增强倏逝波与外部媒介的相互作用,从而增加传感器的灵敏度。     

基于光纤倏逝波传感器的磷酸根离子检测

提出了利用光纤倏逝波传感器通过光吸收方法来测量溶液中磷酸根离子浓度的新方法。将通信用标准单模光纤（SMF）局部腐蚀到接近芯层后放入不同浓度的磷钼蓝溶液中,当以磷钼蓝光吸收峰值为探测光波长时,光纤表面的倏逝波会部分被溶液吸收,通过测量光纤输出光强来计算溶液中的磷酸根离子浓度。实验结果表明,磷钼蓝溶液中磷浓度为0．04～O...     

一种选择性检测4-氟苯酚浓度的光纤倏逝波传感器

为了实现对水体中4-氟苯酚(4-FP)选择性检测,利用塑料光纤、4-FP分子印迹聚合物、壳聚糖构建了4-FP高选择性敏感的D形塑料光纤倏逝波传感器。首先制备了4-FP分子印迹聚合物溶胶及D形光纤,并将分子印迹聚合物溶胶涂覆在D形塑料光纤传感器敏感区表面。然后建立了传感器测量理论模型。最后实验研究了4-FP分子印迹聚合物涂覆厚度对传感器灵敏度的影响,以及传感器的响应时间、检测下限及选择敏感性。研究表明：传感器对4-FP具有高选择敏感性;当聚合物膜厚度约为20μm时,传感器灵敏度达到-0.000 5 L/mg,检测下限达到180μg/L。     

光纤光栅倏逝波传感器灵敏度研究

基于光纤布喇格光栅传感原理,分析了倏逝波光纤布喇格光栅(EWFBG)传感器的传感特征,建立了传感器反射波长随环境折射率变化的数学模型,并导出了波长灵敏度函数。结合函数分析了传感器的光纤光栅直径、外界液体折射率与灵敏度的关系,运用模式耦合理论进行模拟。结果表明,光纤传感区域纤芯越细,外界液体折射率与纤芯折射率相差越小,其反射中心波长漂移量越大,传感器灵敏度越高。通过对纤芯直径为6.2μm和8.2μm在1.33¹.46环境折射率范围内的波长响应关系拟合,分别获得了1.25nm和1.14nm的波长变化量,灵敏度数量级为10-51.46环境折射率范围内的波长响应关系拟合,分别获得了1.25nm和1.14nm的波长变化量,灵敏度数量级为10-5¹0-6,论证了分析结论的正确性。为EWFBG折射率传感器的设计、优化及应用提供了参考依据。     

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.