基于光栅波导共振耦合的传感器特性研究

该文设计了一种基于光栅波导共振角耦合的生物传感器,通过光栅波导模式谱变化检测传感器表面有效折射率变化的方式,实现了传感器表面附着物的精确检测。并在平板介质光波导理论基础上,推导了三、四层结构理论模型,实验得到了入射角与检测溶液折射率及入射角与分子膜层厚度间的变化关系。结果表明,光栅波导共振角耦合生物传感器入射角与待测溶液折射率存在良好的线性关系,并具有较高灵敏度,精度可达0.01(°)/nm。通过该方法制作出无标记的生物传感器,能广泛应用于生物分子检测,尤其适合蛋白质分子生物检测。     

电热式微机电系统微镜傅里叶变换红外光谱仪

为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪,通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜,在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时,利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率,并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择,进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源,钨灯宽带光作为待测光源信号,通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明:电热式微镜的位移量可达到500 m,光谱理论分辨率1 nm,光谱仪整机尺寸小至62 mm62 mm28 mm。测试基线噪声为0.000 04,基线重复性为0.000 32,吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。     

基于多阶散射方法测量荧光染料的吸收特性

采用溶液中均匀分散纳米微球的光多阶散射原理,测量了表面带有羧基的Cy3荧光探针试剂的吸收特性。通过在Cy3水溶液中加入SiO_2微球随机散射介质,使得入射光经过随机介质时发生多次散射,增加了光透过检测溶液的光程,从而增强样品检测的吸收。结果表明:随着粒径为200,400 nm的SiO_2纳米微球的浓度增加,溶液对光散射作用不断增强,荧光染料Cy3水溶液的吸收强度得到了显著的提高,分别提高了1. 63倍和1. 82倍。     

扫描近场光学显微镜测量量子点团簇超辐射

用扫描近场光学显微镜的针尖照明模式对ZnSe量子点团簇进行精确定位测量,研究了量子点团簇的超辐射效应。在理论上根据Wannier激子超辐射模型阐述了量子点系统的超辐射发光机制;实验上用荧光光谱表征ZnSe量子点溶液的荧光性质,用扫描近场光学显微镜(SNOM)表征单个量子点团簇的超辐射光谱。结果表明,在Wannier激子超辐射模型中,量子点团簇辐射衰变率受到量子点团簇的大小和辐射光谱的共同影响,在实验上得出团簇的辐射衰变率随团簇尺寸的增加而增大,同时,不同尺寸的量子点团簇产生的辐射光谱也会对其产生影响,理论和实验的结合验证了激子超辐射的适用性。此研究结果可广泛用于生物传感器和光子器件等领域。     

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。     

固体微片激光回馈技术在远程振动测量中的研究

激光回馈技术具有极高的测量灵敏度,在振动测量中具有突出的优势。在激光回馈理论和技术的基础上,研究并提出了基于激光回馈技术的远程振动测量方法,构建了完整的固体微片激光远程振动测量系统,详细分析了系统各个部分的基本结构及其工作原理,并在实验中很好地实现了不同频率振动信号的测量及恢复。该研究将振动测量的工作距离提高到25 m以上,实现了远程微振动的非接触测量,拓展了激光回馈技术的应用。实验系统具有较大的振幅与频率测量范围,在振动测量方面具有突出的性能,能够适用于多种场合和目标的振动测量需求。     

基于激光回馈效应的声音检测与重构研究

声音检测技术是振动模态分析、声场可视化、噪声识别与控制和远程侦听等研究的基础和前提,在很多领域都有广泛的应用。基于固体微片激光回馈效应和外差移频相位测量方法,本文利用微片Nd∶YVO4激光器构建了声音检测系统,很好地实现了不同频率声音信号的检测。同时开展了音频信号的识别与检测,重构得到的信号清晰可辩。该系统无需在声场中设置特殊目标或物质,可以实现非接触的声音检测和远距离测量,能够满足多种场合的声音检测工作需要,具有较大的实际意义。     

Bior1.5小波在路面不平度分析中的应用

文中介绍了一种基于小波变换的路面不平度分析方法.根据路面不平度样本值,运用AR（AotoRegressive）模型建立路面不平度时间序列,将路面不平度时间序列作为输入,用Bior1.5小波对路面不平度进行分析并得到各层小波功率谱.结果表明,将小波变换引入路面激励的分析中,可以清晰的了解信号的时频特性,更能充分揭示车辆的振动状况.     

折叠双S型Bimorph热式MEMS微镜

为了设计具有大角度、大位移、低电压的MEMS微镜。采用折叠双S型双层梁驱动结构设计了一种能够克服静电驱动缺陷的新型MEMS微镜,利用表硅与SOI相结合的MEMS微加工工艺来实现双材料电热的差分驱动。不但解决了因环境温度所引起的不稳定性问题,而且还实现了创记录的大角度、大位移扫描。通过该方法设计的微镜尺寸小于2.5mm×2.5mm,机械转角大于5度,垂直线性位移可达425μm,系统响应时间小于10ms。最后对微镜的电热与机电特性、频率响应、谐振频率等进行了测试与分析,结果显示MEMS微镜性能稳定可靠,有望得到更多领域的推广应用。     

一种缺陷阶梯型光学生物传感器的设计

针对目前酶、蛋白质等重要生物分子在检测中的问题,该文设计了一种缺陷阶梯型光学生物传感器,用严格耦合波分析(RCWA)法计算此传感器反射光谱的反射率。由模拟结果可得,传感器反射光谱的特定波峰处,激光的入射角度与待测生物分子折射率有良好的线性关系,且在75.4°固定的激光入射角度下,传感器反射光谱中的反射率与待测生物分子的折射率也有良好的线性关系。基于此结论可知,不仅可由传感器反射光谱的反射率得到待测生物分子的折射率,也可由激光的入射角度来得到待测生物分子的折射率,进而获取待测生物分子的信息。