基于双光栅级联结构的温度及浓度传感特性测试

研究了长周期光纤光栅（LPFG）级联布拉格光纤光栅（FBG）结构的温度及浓度传感特性。利用飞秒激光直写制作LPFG并级联FBG,且FBG波谷位于1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 560.5 nm。在30~50℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对浓度为3%~30%的葡萄糖溶液进行敏感性测试。实验结果表明:升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度26.36 pm/℃,线性度0.950 8;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-24.55 pm/℃,线性度0.914 2。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度25.00 pm/℃,线性度0.945 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度为-21.82 pm/℃,线性度0.921 2。FBG对浓度变化不敏感,当浓度由3%增至30%时,LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度196.36 pm,线性度0.956 5。结果表明该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现温度和浓度的测量。     

基于七芯光纤的M Z双参数同时测量传感器

利用熔接机分别对单模光纤 七芯光纤 单模光纤进行纤芯错位熔接,制作了一种光纤Mach Zehnder(M Z)干涉型传感器。将一段长1 cm的七芯光纤两端分别与SMF 28单模光纤错位熔接制得M Z型干涉传感器。传感器最大条纹对比度为20 dB。分别设计不同温度、不同应变对传感器的温度特性及应变特性进行分析研究。实验发现随着温度的增加,传感器的谐振波长发生红移,40~90 ℃温度范围内灵敏度和线性拟合度分别为39.3 pm/℃和0.998 3;室温下随着应变由0增加到1 384 με,传感器的谐振波功率下降,应变灵敏度和线性度分别为0.008 8 dBm/με和0.990 3。实验结果表明,分别解调光谱的波长和光强都可实现温度和应变双参数同时测量。     

基于多模与熊猫光纤耦合的温度与应变特性研究

该文基于多模与熊猫光纤耦合设计了一款新型马赫-曾德尔干涉仪传感器,该传感器对温度和轴向应变均较灵敏,在温度或应变变化时,传感器透射谱谐振峰波长发生线性漂移,通过考察谐振峰波长偏移量来感知应变与环境温度.实验结果表明,测得最大温度灵敏度为65.45 pm/℃,最大应变灵敏度为-1.9 pm/με.利用传感器透射谱谐振峰两...     

基于SMS结构的多功能光纤传感器

基于干涉仪型光纤传感器的基本原理,利用大芯径多模光纤与单模光纤的耦合特性,设计了一款"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的光纤传感器。由于光纤芯径不匹配,形成Mach-Zehnder干涉仪。干涉仪的透射谱具有许多稳定的谐振峰,自由空间光谱间隔大。这些谐振峰的中心波长对环境温度与轴向应变较敏感,因此可以通过考察谐振峰的中心波长随环境温度与轴向应变的变化关系进行温度与应变测量。利用波长调制法,获得最大温度灵敏度为12.00 pm/℃,最大应变灵敏度为-1.709 pm/με。由于温度与应变变化引起谐振峰的中心波长向不同方向漂移,通过监测两个谐振峰的中心波长同时随环境温度与轴向应变的变化关系,构建测量矩阵实现多参量同时测量。传感器具有结构简单、制作容易、重复性好、成本低、灵敏度较高等优点,具有一定的应用前景。     

应用于液体检测的级联长周期光纤光栅的温度减敏封装结构

研制了一种基于级联长周期光纤光栅对(LPFGP) 用作液体折射率检测的聚合物封装温 度减敏的新型结构。选用负热光系数的OE4110聚合物材料作为封装的 基底材料,封装结构中引入一个特殊的凹槽,方便 待测溶液通过通孔进入。封装后的LPFGP谐振波长温度灵敏度约10pm /℃,而相同参数的未封装的LPFGP的温度灵敏 度为120pm/℃,封装后的LPFGP大大降低了传感器谐振波长对温度变 化的灵敏度。本文的 封装装置融保护和温度补偿功能于一体,特殊的结构设计使之适用于液体折射率的检测。     

多芯光纤构成的温度与折射率同时测量的光纤传感器

本文设计了一种“单模光纤－多模光纤－多芯光纤－多模光纤－单模光纤”的全光 纤 Mach-Zehnder干涉仪结构。在该结构中多模光纤充当耦合器,不同模式的光在多芯光纤中 传输时将 产生光程差,形成Mach-Zehnder干涉。当环境温度和折射率变化时,通过分析干涉仪透射 光谱中不 同谐振峰的漂移量,实现折射率与温度的测量。实验结果表明,传感器低温灵敏度最高达到 46.0 pm/℃, 高温灵敏度最高达到109.0 pm/℃,折射率灵敏度最高达到54.3 nm/RIU(RIU为折射率单位)。另外, 通过同时监测传感器透射谱的两个谐振峰值波长随环境温度和折射率的漂移情况,实现了环 境温度 与折射率的同时测量,不存在交叉敏感。该传感器结构简单、制作容易、重复性好、响应稳 定、具 有多路复用功能,在传感领域有广泛的应用前景。     

基于局域表面等离子共振光纤传感器的心肌肌钙蛋白I的检测

提出一种应用于心肌肌钙蛋白I(cTn I)检测的 局域表面等离子共振(LSPR)光纤传感器。将标准光纤局部腐蚀 掉包层,在其表面形成纳米银膜,用葡萄球菌A蛋白(SPA)作为纳米银膜与cTn I单克隆抗体 的连接介体,实现鼠 抗人cTn I单克隆抗体对光纤传感器的修饰,放入不同浓度的cTn I溶液中,通过测量传感器 光谱曲线的消 光峰位移获得溶液中的cTn I浓度。实验结果表明,溶液中cTn I浓度在20~120 ng/mL范围内,光谱曲线 的消光峰位移的对数与cTn I质量浓度的对数成线性关系,线性相关系数为0.996。利用夹心法,传感器检 测限可达10ng/mL,有较强的抗杂蛋白干扰能力。基于LSPR的光纤 传感器件结构简单、性能稳定、成本低且测量灵敏度高,可应用于cTn I检测。     

新型长周期光纤光栅的扭曲特性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅（LPFG）具有独特的扭曲特性：1）扭曲特性具有明硅的扭曲方向相关性——顺时针扭曲时谐振波长发生“红”移，逆时针扭曲时谐振波长发生“蓝”移，无论顺时针还是逆时针扭曲损耗峰幅值都近似线性减小；2）若被扭曲的光纤比被扭曲的长周期光纤光栅长得多，则扭曲时长周期光纤光栅谐振波长和幅值的变化出现周期性的起伏。利用扭曲光栅引起椭圆双折射进而导致偏振态变化的相关理论合理解释了这些独特的扭曲特性。     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

基于M-Z滤波和LPFG的液体折射率传感特性研究

利用飞秒激光逐线刻写方式在HI1060光纤中制作谐振波长为1548.5 nm,谐振强度为7 dB,栅区长度为3.2 mm的长周期光纤光栅。通过纤芯错位熔接方法在HI1060光纤中制作马赫曾德-干涉仪(MZI),对LPFG的透射光谱进行滤波优化。设计使用不同折射率的酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液分别对基于MZI滤波的LPFG的折射率特性进行了测试和研究。实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液中的折射率灵敏度分别为301.78 nm/RIU、138.80 nm/RIU和132.67 nm/RIU。     

基于电聚合蛋白A固定抗体的免疫微传感芯片

采用MEMS工艺在硅衬底上制备了电极型免疫微传感芯片,重点探索了微传感器敏感表面抗体固定化的方法。尝试采用蛋白A与吡咯共同电化学聚合,进而由蛋白A结合抗体的方法,实现了抗体的固定。将该免疫传感器对人免疫球蛋白G(HIgG)进行检测,在5~160ng/mL以及160~640ng/mL呈分段线性的特性,实现了微剂量、低浓度的免疫检测,验证了该固定化方法的可行性。此法具有省时、简便、易控、适合微传感器固定的优点。     

AuNP-rGO@NF电化学免疫传感器的制备及其HBsAg性能检测

采用浸渍和电化学沉积的方法合成了金纳米颗粒负载还原氧化石墨烯/泡沫镍(AuNPrGO@NF)复合纳米结构。利用扫描电子显微镜(SEM)对其微观形貌进行分析与表征。制备了基于AuNP-rGO@NF复合结构的电化学免疫传感器,用于乙型肝炎表面抗原(HBsAg)的性能检测。通过循环伏安(CV)法和差分脉冲伏安(DPV)法对制备的免疫传感器的电化学性能进行检测。实验结果表明:制备的基于AuNP-rGO@NF复合结构的电化学免疫传感器对HBsAg的检测有较宽的检测范围(500 fg/mL^50 ng/mL)、较低的检测限(0.185 pg/mL)和较好的重现性。     

一种改进的高精度光谱寻峰算法研究

针对被采样的超弱光纤光栅(FBG)反射光谱含有干扰噪声的问题,提出一种应用于大容量超弱传感网络的高速寻峰算法。该算法引入权重因子加入到最小二乘拟合算法实现加权最小二乘拟合(WLS)算法,对高斯曲线拟合系数进行优化,定位出中心波长,然后再通过非对称高斯修正(AG)对定位的中心波长进行修正,提出WLS结合AG(WLS-AG)的算法,实现抗噪声干扰高精度寻峰。通过实验,对比分析最小二乘拟合算法、质心算法、WLS算法及文章提出的WLS-AG算法分别在不同噪声下的峰值误差平均值,以及变温环境下误差平均值。实验结果表明,在高信噪比的情况下,WLS-AG算法连续20次重复性实验平均误差<1 pm,在低信噪比的情况下,平均误差约为10 pm;在不同温度下的检测误差在1 pm内,且最为稳定,满足超弱FBG传感系统精度解调的要求。     

基于长信号快速相关算法的FBG传感解调

针射光纤布拉格光栅（FBG）复用传感解调技术中光纤上复用光栅的数量问题，基于F-P滤波器，提出用长信号快速相关算法来检测波长移位的解调方法。通过MATLAB仿真和具体实验证明：该方法在实际中可以解决两波形部分（〈40％）重叠的问题，进而在光谱宽度、测量范围和光栅谱宽一定的条件下，使复用光栅的数量大大增加，同时测量精度可达到1pm。     

基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器

提出并研究了一种基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器。利用自制的磷酸盐玻璃预制棒,以拉丝的方式制作出直径为200~500μm、纤芯-包层折射率差为0.004的磷酸盐玻璃光纤。利用大功率CO_2激光器熔融加热光纤制备出Q值达7.28×10⁵的微球腔。利用1550 nm波段的可调谐激光器,通过锥形光纤耦合方式激发微球腔内回音壁模式(WGM)共振,获得带宽约2 pm、插入损耗小于0.3 dB的耦合共振谱。在不同功率泵浦光的注入下,磷酸盐玻璃微球腔具有比普通石英微球腔更高的光敏感特性。实验结果表明:当微腔泵浦光功率增加时,磷酸盐玻璃微球腔内的WGM共振谱向短波长漂移(蓝移),光热调谐灵敏度约为72.727 pm/mW,线性度大于0.99;在相同光功率变化下,普通石英微球腔内的WGM共振谱向长波长漂移(红移),光热调谐灵敏度约为0.086 pm/mW,线性度较低。本文提出的磷酸盐玻璃微球腔全光调谐滤波器具有全光控制、结构紧凑、稳定性好、超窄带宽和调谐效率高等优势,在光纤传感和光纤通信等领域具有重要应用。     

A MXene-functionalized paper-based electrochemical immunosensor for label-free detection of cardiac troponin Ⅰ

Convenient,rapid,and accurate detection of cardiac troponin I (cTnl) is crucial in early diagnosis of acute myocardial infarction (AMI).A paper-based electrochemical immunosensor is a promising choice in this field,because of the flexibility,poros-ity,and cost-efficacy of the paper.However,paper is poor in electronic conductivity and surface functionality.Herein,we re-port a paper-based electrochemical immunosensor for the label-free detection of cTnl with the working electrode modified by MXene (Ti3C2) nanosheets.In order to immobilize the bio-receptor (anti-cTnl) on the MXene-modified working electrode,the MXene nanosheets were functionalized by aminosilane,and the functionalized MXene was immobilized onto the surface of the working electrode through Nafion.The large surface area of the MXene nanosheets facilitates the immobilization of antibodies,and the excellent conductivity facilitates the electron transfer between the electrochemical species and the underlying elec-trode surface.As a result,the paper-based immunosensor could detect cTnl within a wide range of 5-100 ng/mL with a detec-tion limit of 0.58 ng/mL.The immunosensor also shows outstanding selectivity and good repeatability.Our MXene-modified pa-per-based electrochemical immunosensor enables fast and sensitive detection of cTnl,which may be used in real-time and cost-efficient monitoring of AMI diseases in clinics.     

光纤光栅液位传感器的研究

根据光纤布拉格光栅(FBG)传感模型,提出了一种基于E型膜片和悬臂梁组合的FBG液位传感结构,建立了FBG反射中心波长随液面高度变化的数学模型。在0～100cm的测量范围内进行了实验研究,结果表明,液位对FBG反射中心波长调谐的最大漂移量为1.316nm,线性拟合度大于0.999,灵敏度为13.1pm/cm,与理论计算值(13.8pm/cm)比较,存在5.1%的相对误差。通过对理论模型的分析,改变E型圆膜片和悬臂梁的有关参数,可实现对传感器的灵敏度和量程的调整,使之更加实用化。     

基于旋转折变型长周期光纤光栅对的高分辨率扭曲传感器

报道了一种基于光纤环形激光器和旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)对的高分辨率扭曲传感器。激光器的环形腔中包含由一对相同R-LPFG)形成的Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。R-LPFG是利用CO2激光器在扭曲单模光纤(SMF)上写入的,通过激光器输出波长的漂移量及漂移方向可以实现对施加在MZI上的扭曲量和扭曲方向的同时测量。由于激光器的输出具有线宽窄和对比度高的优点,因此本文的扭曲传感器比普通的无源扭曲传感器测量更加精确。该扭曲传感器在±100rad/m范围内的灵敏度为0.084nm/(rad/m);当光谱仪(OSA)的分辨率为10pm时,传感器的扭曲分辨率可达0.12rad/m。