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。     

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。     

微/纳米塑料光纤的制备及其折射率传感特性研究

用热熔拉制法,直接将商用塑料光纤(POF)制成了微/纳米光纤(MNF)和光纤耦合器。对宏弯曲结构的塑料MNF的折射率传感特性进行了研究和分析。结果显示,宏弯曲的塑料MNF对于较低折射率液体的折射率变化更为敏感;宏弯曲曲率半径较大的塑料MNF具有更高的折射率传感灵敏度,并且在一定的宏弯曲曲率状态下,越细的塑料MNF其折射率传感的灵敏度越高。在光纤直径为25μm、折射率范围为1.332～1.391和输入光源波长为635nm的条件下,折射率测量的最高分辨率为7.96×10-5。由这种宏弯曲结构塑料MNF构成的折射率计可以在生物和化学等传感领域中得到应用。     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

基于交替光栅光纤复合结构折射率传感特性研究

基于D型多模光纤表面沉积交替光栅构成了一种 光纤结构折射率传感器。利用传输矩阵法和时域 有限差分法FDTD协同研究了传感器透射光谱特性及共振吸收峰产生的机理。在优化设计结构 基础上探究 了折射率和温度双参量传感特性。研究结果证明,光纤复合结构具有双通道和超窄线宽双重 光谱特性;基 于两种共振模式折射率和温度的差异敏感性,选择两共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩 阵方程获得温 度补偿后的折射率传感灵敏度和品质因数分别为562.8 nm/RIU和24.14/RIU。 该传感器结构简单,体积小,易于集成,同时可消除温度交叉敏感的干扰,更具实用性。     

小芯径多模光纤拉曼分布式温度传感器

设计并制作了一种用于拉曼分布式温度传感的具有大有效模场面积和低模式色散的渐变折射率的小芯径多模光纤,同时达到了高空间分辨率和高温度分辨率。在现有的拉曼分布式温度传感系统基础上,测量了使用不同传感光纤和注入条件下的温度和空间分辨率。在满注入工作模式下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了1℃的温度分辨率,空间分辨率的劣化仅为0.13 m,作为对比,使用多模光纤的拉曼分布式温度传感器的空间分辨率劣化了1.58 m。在单模注入条件下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了4.7℃的温度分辨率,相对使用单模光纤有2.2℃的提升,同时空间分辨率没有劣化。     

基于光纤折射率传感原理的溶液密度测定方法

提出了一种新颖的基于光纤折射率传感原理的溶液密度测定方法.适用于已知溶液中溶质成分时密度的测量.分别测定了 NaCl和KNO3溶液在恒定温度(20℃)下不同浓度时的折射率,与溶液的密度进行对比研究发现.溶液折射率与密度成线性关系,只要测得溶液的折射率就能测定溶液的密度.应用本方法对NaCl和KNO3溶液分别进行密度测量...     

微结构聚合物光纤制造和性能方面的最新进展

介绍了微结构聚合物光纤制造和性能方面的最新进展。如文中所介绍光纤证实的，通过改进微结构，可以获碍许多不同的光学功能。除渐变折射率微结构光纤和光在空气芯中传导的空芯光纤之外，还介绍了单模、高双折射和表现为双芯耦合的微结构光纤。微结构聚合物光纤是一种新型设计。它为开发适于电信和光学传感等广泛应用领域的光纤创造了机会。     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。     

基于多模干涉的反射式光纤生物传感器的研究

研制了一种基于无芯光纤多模干涉（MMI）的反射式光纤生物传感器,实现了对溶液折射率的定量检测以及对于羊抗兔IgG和兔IgG抗体反应的定性检测。实验表明,传感器输出光谱的特征波长随折射率的增大而增大,在折射率小于1．4时特征波长与折射率近似成线性;折射率高于1．4时灵敏度显著提高,折射率传感分辨率可达10^-6量级。传感...     

腐蚀型FBG在非均匀液相介质下的数值响应特性

基于光波导理论和传输矩阵法,研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中,分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况,并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数,仿真结果表明,FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数,比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。     

薄膜型光纤温度传感器的膜系设计

纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能.为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响,根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理,探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计,并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型.以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础,设计了对称性较好的法布...     

应用光纤传感技术校正两相流体流量测量误差

本文提出了应用光纤传感技术对两相流体流测量误差进行补偿的新方法。传感机理为两相流体折射率对弯曲光纤的传输光功率的调制原理。在分析光纤弯曲波导传输光能损耗与弯曲半径、外界折射率等因素关系的基础上,提出Ｕ型结构的光纤传感器系统,并将其应用于两相流体流量测量的误差矫正中,进行了初步研究和探讨。     

级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的光学特性

基于耦合模理论及传输矩阵法,给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵,理论模拟了CLBG的反射谱,得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上,模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知,CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感,其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级,表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。     

Investigation of coupling between a fiber and an infinite slab

An optical waveguide system consisting of an unclad fiber core suspended at a constant distance parallel to the surface of an infinite extended dielectric slab is investigated. Fiber and slab are both embedded in a homogeneous dielectric medium. The fate of light initially launched into the fiber depends on the relationship between the refractive index values of the slab and fiber. When the refractive index of the fiber is considerably larger than that of the slab, the latter exerts little influence on the wave, so that almost no power is transferred out of the fiber. When the refractive indexes of fiber and slab are more nearly the same, a beating phenomena is observed, that is, light is exchanged periodically between the fiber and the slab. However, after some distance the beating dies out. Some of the light energy remains in the combined system of fiber and slab, which can be regarded as a ridge waveguide, while the remaining light spreads out laterally in the slab. If the refractive index of the slab is considerably larger than that of the fiber, the slab acts as a drain on the light initially launched into the fiber. The light power in the fiber decreases exponentially with the distance along the fiber axis as it is transferred to the slab where it is carried away     

Goos-Hänchen shift as a probe in evanescent slab waveguide sensors

The present paper deals with three-layer planar waveguide optical sensor. Different from the conventional slab waveguide sensors in which the effective refractive index of the propagating mode is taken to be the probe for detection changes in the analyte refractive index, we adopt Goos-Hänchen (GH) shift as the sensing probe for the proposed sensor. We show that the GH shift is strongly dependent on the refractive index of the cladding, thus it is a good candidate for detection changes in the analyte refractive index. We present and study the sensitivity of the GH shift at the cladding-film and substrate-film interfaces. It is found that GH shift has a high sensitivity and can be used for versatile optical slab waveguide sensors.     

A fiber-based crosspoint switch using high-refractive indexinterlay materials

A switch principle is described which relies on the coupling between two polished fiber coupler blocks through a high-index interlay waveguide whose refractive index is higher than the effective mode index of the fibers. Switching is effected by the input radiation coupling through the interlay waveguide into the second fiber (cross-coupled state) or recoupling into the first fiber (straight-through state). The half-coupler blocks were constructed with a nominal radius of curvature of 25 cm and the top surfaces polished close to the edge of the fiber core. Accurate glass and polymer ribbon spacers were used to separate the two blocks by from 5-20 μm and align them in parallel. The interstice was filled with a film of transparent high-index oil to form a slab waveguide     

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。     

高斯切趾光纤Bragg光栅折射率传感器特性研究

基于3层结构和双层结构光纤波导理论,对不同腐蚀深度的高斯切趾光纤Bragg光栅(H3G)的基模谐振波长与外部介质折射率(SRI)间的关系进行理论仿真,并通过实验研究其谐振波长、3 dB带宽及反射峰强度对SRI的响应特性.实验表明,随着SRI逐渐增大,基模谐振波长向长波方向的移动幅度越来越大,与仿真结果基本吻合;3 dB...     

一种特殊的双包层圆柱光波导的研究

本文研究了一种双包层阶跃型光波导，内包层的折射率大于芯及外包层的折射率，因而可作为导波层。文中严格地推导了柱坐标下该光波导的特征方程，详细计算了ＴＥ波和ＴＭ波的传播常数、场分布及功率分布；作出了相应的曲线，表明了导波层的厚度、折射率及工作波长对此类光波导传播特性的影响。