基于相关检测的光纤倏逝波生物传感器研究

构建了一种以光纤和光纤束作为系统信号传输通道的光纤倏逝波生物传感器系统,根据光纤探针的倏逝波理论和模式匹配理论对光纤探针进行了设计与制作,然后应用直接结合分析的方法对该传感器系统的探测性能进行了实验检测.实验针对光纤探针置于空气中和蒸馏水中两种情况进行,同时将系统检测到的信号通过数据采集卡采集到计算机中,并进行相关检测分析.对光纤探针置于空气中和蒸馏水中两种情况,系统分别获得了16.7和20.5的探测信噪比.实验结果表明,该相关检测方法能很好的区分系统的噪声信号和所探测的荧光信号,整个系统具有良好的可行性.     

光纤生物传感器中的探针匹配研究

对基于倏逝波激发的光纤生物传感器中光纤探针的模式匹配理论进行了分析,自行构建了一套基于倏逝波激发的光纤生物传感器系统,研究了光纤探针部分的模式匹配程度对该传感器系统灵敏度的影响。实验分光纤探针置于空气中和蒸馏水中2种情况进行,分别对五组具有不同纤芯半径的光纤探针进行检测,实验结果表明:系统的荧光信号检测信噪比与光纤探针纤芯半径的关系曲线基本与模式匹配理论曲线相吻合。     

一种新型本征倏逝波型光纤传感器的研究

研究开发了一种新型本征型光纤倏逝波传感器.采用有机玻璃板和大半圆弧高抛光PVC管构成光纤支架,将60/125 μm阶跃多模光纤隔一定距离剥除等长度涂覆层后缠绕于光纤支架上,其无涂覆层部分位于上下两PVC管之间,经化学腐蚀后获得裸芯总长度大于0.5m的新型高灵敏本征型光纤倏逝波传感器.实验结果表明:该传感器对亚甲基蓝的探...     

光纤生物传感器探针锥形设计及参数优化

对免疫型光纤生物传感器的关键部件--光纤探针进行了分析.以模式匹配理论计算出的匹配半径为基础,采用图解法分析激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹.根据倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,结合不同形状的探针内面对光线反射角的影响,提出抛物线锥形光纤探头,并对抛物线参数进行了比较.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.通过对抛物线参数的选择,在锥形过渡段入射角在满足全反射的同时更接近于临界角,从而激发出更大的倏逝波,并与实验结果较好地符合.     

有害气体检测的光纤传感技术发展

光纤气体传感器具有易于小型化、可遥测、灵敏度高、响应快等诸多优点.根据传感原理,概述了有害气体检测的光纤传感器,包括折射率变化型光纤气体传感器、倏逝波光纤气体传感器、表面等离子共振光纤气体传感器、光声光纤气体传感器、多孔光纤气体传感器,以及吸收型光纤气体传感器、荧光型光纤气体传感器、染料指示剂型光纤气体传感器.简要介绍了光纤气体传感器的发展.     

导波光学氢敏传感器研究进展􀀂

为了了解光学氢敏传感器研究与现状,我们介绍了导波光学氢敏传感器的主要应用场合和氢敏感膜的结构与镀膜工艺,对有代表性的光纤微透镜型、表面等离子共振光纤型、光纤倏逝波场型、光纤光栅和集成波导型氢敏传感器的结构及性能做了详细的分析,并对导波光学氢敏传感器的未来发展做了展望.     

光纤水质传感器的研究现状和发展趋势

论述光纤传感技术在国内外水质监测中的应用与技术现状,介绍光纤传感技术监测水质的原理和技术方法,并按照非功能型和功能型分类分析典型光纤水质传感器的原理和技术,包括水质的pH值、溶解氧浓度、浊度、重金属离子污染等水质监测指标,涵盖了光吸收散射方法、荧光标示方法、SPR效应技术以及倏逝波技术方法等典型方法。最后指出光纤水质传感的技术发展趋势。     

量子点生物传感器及其在生物医学分析检测中的应用

综述了基于新型半导体纳米材料—量子点(QDs)的各种生物传感器如荧光生物传感器、微流控芯片生物传感器、光纤生物传感器、适配体生物传感器、分子马达生物传感器等的原理、特点,并对其在生物医学分析检测中的应用与其发展的局限性与发展前景进行了综述.     

免疫分析中的光纤生物传感器

近几年基于免疫反应和荧光检测原理的纤光生物传感器的研究进展令人瞩目，它们在实现生物体内进行遥测、原位和在线分析方面已显示出巨大的潜在优势，并被认 是非放射性免疫分析的一重要突破。本文综述了光纤生物传感器在免疫分析中的应用；介绍了基于多种荧光分析技术和消失液技术的光纤免疫传感器；概述了其发展方向及有待解决的问题。     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

光纤免疫生物传感器的探针设计

对免疫型光纤生物传感器的关键部件--光纤探针对荧光的激发及收集效率进行了分析,提出了激发光在光纤探针中所经过的传输路径的一种新的图解方法.针对消逝场激发荧光的特点,分析了锥型光纤探针中最小入射角与临界角之差和探针锥型部分长度的关系曲线,以便最大限度地激发荧光信号,同时又能够避免由于透射到样品溶液的激发光对溶液中的荧光分子激发所引起的虚假信号.以上述分析为基础给出了探针的优化设计方法并分析了应用实例.     

光纤生物传感器系统中光纤连接器的性能分析与优化设计

在已构建的全光纤结构生物传感器的基础上,对系统中关键器件--光纤连接器中的信号收集效率和噪声进行了理论分析.针对荧光信号传输的特点,采用光纤端面光强均匀分布的模型,运用重叠面积积分的方法推导出计算信号耦合效率的公式,计算了各种连接器结构下的信号耦合率,以求达到最好的接收效果.并分析了主要噪声的影响,通过建立的模型,给出了抑制噪声的方法和结构参数.最后根据实验得到的结果,分析了现有系统的连接器,并提出了改进方法.     

Plasmonic enhanced fluorescence spectroscopy using side-polished microstructured optical fiber

We report excitation of surface plasmon in a gold-coated side-polished D-shape microstructure optical fiber (MOF). As the leaky evanescent field from the fiber core becomes highly localized by the plasmon wave, its intensity also gets amplified significantly. Here we demonstrate an efficient use of this intensified field as excitation in fluorescence spectroscopy. The so-called plasmonic enhanced fluorescence emission from Rhodamine B has been investigated experimentally. First, plasmonic effect alone was found to provide an immediate fluorescence enhancement factor of two. Second, experimental results show a good agreement with theoretical modeling. Strong evanescent field generation and surface enhancement with simple metallic coating makes this fiber based device a good candidate for compact fluorescence spectroscopy.     

一种光纤荧光光谱测温方法的研究

基于光纤荧光的测温机理介绍了一种温度测量系统的构成。系统采用Cr3+:YAG晶体作为荧光材料,蓝色发光二极管激励光源。经光纤将荧光信号输出,输出频率被输入到单片机系统中,单片机计算出荧光寿命,进而得到目标温度值。该系统对温度的测量具有准确度高、抗电磁干扰、分辨率高等特点,并且可以结合相关计算机技术和数据采集单片机系统实现通讯控制,操作简单,可以及时测量并存储数据,提高了系统的智能化。利用该装置通过检测荧光物质寿命实现了高精度温度测量,其误差小于±5℃。     

Recent developments in novel silica-based optical fibers

We have summarized our recent work in the area of novel silica-based optical fibers, which can be classified into two types: silica optical fiber doped with special elements including Bi, Al, and Ce, and micro-structured multi-core fibers. For element-doped optical fiber, the Bi/Al co-doped silica fibers could exhibit a fluorescence spectrum covering the wavelength range between 1000 and 1400 nm with a full width at half maximum (FWHM) of about 150 nm, which enables its use in fiber amplifiers and laser systems. The Ce-doped fiber’s center wavelengths of excitation and emission are about 340 and 430 nm, respectively. The sapphire-derived fiber (SDF) with high alumina dopant concentration in the core can form mullite through heating and cooling with arc-discharge treatment. This SDF can be further developed for an intrinsic Fabry-Perot interferometric that can withstand 1200 °C, which allows it to be used in high-temperature sensing applications. Owing to the strong evanescent field, micro-structured multi-core fiber can be used in a wide range of applications in biological fiber optic sensing, chemical measurement, and interference-related devices. Coaxial-core optical fiber is another novel kind of silica-based optical fiber that has two coaxial waveguide cores and can be used for optical trapping and micro-particle manipulation by generating a highly focused conical optical field. The recent developments of these novel fibers are discussed.

     

Optical fiber-based evanescent ammonia sensor

An optical fiber-based evanescent gaseous ammonia sensor is designed and developed. The sensing dye, bromocresol purple (BCP), is immobilized in the substitutional cladding using sol–gel process. The sensing properties of the optical fiber sensor to gaseous ammonia at room temperature are presented. This newly developed ammonia sensor exhibits good reversibility and repeatability. The effect of different carrier gases, argon, nitrogen, and air on sensing properties of the ammonia sensor is investigated. The sensor with air as carrier gas has the best response time and sensitivity. In order to improve the response time of the optical fiber evanescent ammonia sensor, an elevated ambient temperature is applied and thoroughly investigated. A fast response time of 10 s was obtained at 55.5 °C with the carrier gas of air or argon. These experimental results have demonstrated that a fast response optical fiber evanescent gaseous ammonia sensor can be constructed by applying slightly elevated ambient temperature.     

一种双向同源相参微波光纤稳相传输系

在电子对抗系统、雷达系统、卫星导航和深空探测等多个领域中,微波信号经激光器调制后加载到光信号上经过光纤传输后其相位受外界环境的影响,无法实现稳相传输。首次提出了一种双向同源相参微波光纤稳相传输系统,可实现微波信号在光纤中稳相传输。该系统利用恒温晶振产生相位稳定的多路同参基准信号,一路信号用做光纤传输的相位变化识别信号,经激光器调制成光信号,然后由光分路器分出多路光参考信号与需稳相的信号进行同光纤传输;其它同参信号作为基准信号与经过光纤传输的相位识别信号进行鉴相,其中基准信号与参考信号相参,构建2种信号相参的机理,实现以相位变化为参量的鉴相系统,利用参考信号的相位变化完成对传输的宽带射频微波信号相位变化的识别。在鉴相实现过程中,采用双平衡混频器完成对参考信号相位变化实时鉴相,由单片机对参考信号相位的实时变化进行采样,实时控制可调电动延时线(VODL)进行光传输链路光程差的跟踪补偿,完成对需稳相信号和参考信号的相位主动补偿,实现宽带射频微波信号光纤稳相传输。