纳米ZnTiO3粉体光催化降解甲基橙

利用自制的催化装置降解甲基橙模拟染料废水,证明了纳米ZnTiO3粉体能够对甲基橙溶液进行有效的降解,并探讨了ZnTiO3的投加量、甲基橙溶液的初始浓度、反应时间、光照强度等因素对其影响。实验结果表明,在甲基橙溶液的初始浓度为15mg/L、ZnTiO3的用量为3g/L、反应180min后,甲基橙溶液的脱色率达到99.6%。     

基于长周期光纤光栅谐振光谱调制的氨氮降解监测研究

从长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱随外界环境折射率变化敏感特性的角度,详细研究了LPFG氨氮降解监测传感器的工作原理,分析了LPFG谐振峰波长与氨氮溶液浓度之间的对应关系.采用LPFG透射光谱检测技术,获得7种不同浓度氨氮溶液所对应的LPFG透射光谱曲线族,其谐振峰波长随溶液浓度的增大而逐渐向长波方向偏移,波长变化量从2.707 nm减至0.068 nm,且变化量与溶液浓度值呈良好的对应关系,其响应度为52.78 pm·mg-1·L.通过监测LPF-G光谱变化获取氨氮溶液的浓度,进而判断氨氮溶液的降解过程及程度.该方法对溶液直接进行监测,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需化学试剂标记,可实现对氨氮溶液降解过程的在线、精确及远距离遥测.     

基于高斯拟合的光纤型SPR信号的峰值检测算法

光纤型表面等离子共振光谱具有半峰宽较宽,共振峰不尖锐等特征,传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰值。为了准确计算光纤型SPR光谱的共振波长,提出了一种基于信赖域算法的高斯拟合方法,在拟合的光谱曲线上利用一维搜索的方式确定峰值位置。通过对标准甘油光谱数据的处理,证明高斯拟合法能够适应光纤型SPR光谱的特征,波长计算准确。通过搭建的SPR系统,实验测量了不同浓度下蔗糖溶液的SPR光谱数据,并分别采用加权质心法,追踪质心法和该研究提出的高斯拟合法进行共振波长的计算。结果表明高斯拟合法能够有效提升分辨率,且运算速度较快,有利于工程集成。     

镀银空芯光纤表面等离子体共振传感器的研究

提出了一种新型的基于镀银空芯光纤结构的表面等离子体共振(SPR)传感器。建立了光学模型对传感器内的光传播进行分析,在理论上推导出了传输光谱公式。制作了不同银膜厚度的空芯光纤SPR传感器,搭建了实验系统对内芯充入不同折射率的液体介质的传感器传输光谱进行了测量,获得了相应的SPR光谱。通过理论计算和实验测量对传感器的灵敏度特性和测量准确性进行了分析讨论。结果表明该传感器是一种灵敏度较高的、能实时检测待测高折射率液体介质的SPR传感器,它在一定范围内能够很好地弥补传统光纤表面等离子体共振传感器的不足,并且开拓了空芯光纤的一个新的应用领域。     

光纤SPR湿敏传感器及其共振光谱特性研究

提出并研制了基于光纤SPR传感探针的新型湿敏传感器。首先研究了光纤SPR传感探针对环境湿度变化的敏感特性,在此基础上提出在光纤SPR传感探针表面增覆不同厚度且具有水分子吸附功能的PVA薄膜来实现环境相对湿度的监测。研究结果表明,增覆双层PVA薄膜的光纤SPR传感探针在高湿区具有较好监测效果,其共振强度对应的相对湿度测量灵敏度达到1.59%/%RH,较光纤SPR探针呈现显著提高。而增覆单层PVA薄膜的光纤SPR传感探针在高湿区共振波长对应的相对湿度监测灵敏度达到2.411nm/%RH。此外所提出的新型光纤SPR湿敏探针在PVA薄膜失效后经过特殊工艺处理仍可重复镀膜使用。     

内置调制层型光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种基于内置调制层结构的光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器。通过在金膜与纤芯的内侧增覆具有不同厚度和属性的光学透明薄膜作为内调制层,构成了性能独特的光电复合薄膜,起到调节倏逝波矢量和金膜表面等离子体振荡波矢量的双重作用,进而控制共振效应,为调节灵敏度提供依据。采用时域有限差分方法对内置调制层结构光纤SPR共振激励模型属性进行数值仿真。在此基础上,研制了用于液体折射率测量的内置调制层型光纤SPR传感探针。实验结果表明,该传感器在1.335～1.392折射率范围内,随着待测液体折射率的增大,SPR共振光谱向长波方向偏移,且灵敏度达到2263.1nm/RIU,与基于纤芯-金膜-环境介质三层结构的常规光纤SPR传感器相比提高一倍,能够更好地满足环境折射率检测的需求。     

基于辐射度的光谱校正与自适应拟合相结合的SPR共振波长确定方法

表面等离子体共振(SPR)传感技术因其灵敏度高、无需标记、可原位实时监测的特点,被广泛应用在生物医学、化学检测、食品安全、环境监测等领域。对于波长调制型SPR传感器,由于光谱测量系统各部件对不同波长响应度不同,从而对光谱共振波长的实际位置产生干扰,影响到实验检测结果。为消除这种影响,提出了一种基于辐射度空间的SPR相对反射率校正方法,并使用阶数自适应拟合算法对共振波长进行精确测定。通过标定光谱测量系统的仪器响应曲线,将光谱仪得到的原始光谱转换成辐射光谱,进而计算出不依赖于光谱仪系统中任何部件的SPR相对反射率。相比于传统的反射率校正方式(以共振光谱除以非共振光谱的结果作为反射率光谱),此方法校正后的光谱在光谱形状上具备半峰宽更窄和共振峰更对称的优势,从而为精确确定共振波长提供了可靠的保障。随后基于拟合误差最小化的目标,对共振区域采用阶数自适应多项式拟合算法确定共振波长。实验测量了不同入射角度下的SPR共振光谱,使用此方法校正得到反射率光谱的半峰全宽保持在(100±10) nm,表明此方法的光谱峰形优势具备普适性;连续采集了4 000组光谱并计算共振波长,其相对标准偏差为0.007 8%,处理速度为每个光谱12 ms,表明此方法具备良好的抗噪声波动鲁棒性和光谱数据处理的实时性;测量了不同浓度下NaCl溶液的SPR共振光谱,其共振波长与溶液折射率线性相关系数为0.998 5,品质因数为传统校正方式的3倍,表明此方法具备良好的可靠性,并且从光谱的处理算法层面提高了传感性能,相比于从工艺制备上提高品质因数的传统方式,处理简便,效果更突出。结果表明,基于辐射度空间的相对反射率矫正与阶数自适应拟合相结合的SPR共振波长检测方法具备可靠性好、运算速度快、分辨率高、抗噪声、品质因数高等特点,能够有效提高SPR传感器的数据处理与传感性能。     

CdTe量子点/膨润土复合材料的制备及其光催化降解甲基橙

以CdCl2和Na2TeO3为反应物,抗坏血酸为还原剂,通过湿化学法合成CdTe量子点/膨润土复合材料.采用X射线衍射、荧光光谱及紫外-可见光谱等分析技术对其结构及光学性能进行表征.以汞灯为光源,甲基橙为目标污染物,研究了CdTe/膨润土复合材料的光催化活性.实验表明:在甲基橙溶液初始浓度为10 mg/L时,经汞灯光照反应60 min后,CdTe/膨润土因光催化反应对甲基橙的降解率为66.23％,优于CdTe量子点光催化剂.     

基于SPR光谱分析的液体折射率测量研究

文章从电磁场理论和射线理论的角度,详细讨论了光纤表面等离子体波传感器工作原理,分析了表面等离子体共振(SPR)光谱共振波长与液体介质折射率之间的对应关系。采用相关光谱检测技术,获得八种不同类型分析醇所对应的SPR光谱曲线族,其共振波长随液体折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移。通过对乙醇与乙二醇混合液体所对应的共振光谱分析,实现对两者配比浓度的测定。整个传感系统结构简单,测量光路部分实现全光纤化,不仅能够对目标测量介质的实时、快速、精确测量,还可用于特殊测量场合,实现远程遥测功能。     

契形结构光纤表面等离子体共振传感器研究

提出了一种契形端面结构的光纤表面等离子体共振(SPR)传感器激励模型. 采用时域有限差分法对契形SPR波导的共振模型进行数值模拟, 通过在光纤出射端抛磨契形角度并进行敏感膜修饰, 制出具有契形端面结构的类Kretschmann微棱镜式光纤SPR传感器, 实现激发SPR的光波调制.结果表明, 在1.3330–1.4215折射率范围内, 制备的契形光纤SPR传感器相对于常规光纤SPR传感器, 其平均灵敏度提高了近1–6倍, 1倍和6倍分别出现在小角度结构(15° 契形) 传感器和大角度结构(60°契形) 传感器, 且仍保持 10^-5 等级的分辨率. 该类型结构的传感器具有契形端面激励模式, 设计灵活性高、制备工艺简单、可微量检测样本等优点, 能够很好地适应于不同环境和测量条件的实际生化检测、环境监测需求. 关键词： 光纤传感器 表面等离子体共振 契形端面结构 折射率灵敏度     

Surface plasmon resonance based fiber optic sensor utilizing indium oxide

A highly sensitive surface plasmon resonance (SPR) based fiber optic sensor with indium oxide (In₂O₃) layer coated on the core of the optical fiber is presented and theoretically analyzed. The sensitivity of the SPR based fiber optic sensor has been evaluated numerically. It is shown that the proposed SPR based fiber optic sensor with In₂O₃ layer possesses high sensitivity in the near infrared region of spectrum, which needs attention to many environmental and security applications and offers more accurate and highly reproducible measurements. In addition, the sensitivity of the SPR based fiber optic sensor decreases with the increase in the thickness of In₂O₃ layer. With sensitivity as high as 4600 nm/RIU, the 170 nm thick In₂O₃ layer based fiber optic SPR sensor demonstrates better performance.     

准晶体结构光纤表面等离子体共振传感器特性研究

光纤表面等离子体共振传感器在高灵敏度传感和在线实时监测等领域具有重要意义. 设计了一种六重准晶体结构环形通道光纤表面等离子体共振传感器, 基于有限元法对该传感器的传感特性进行了数值模拟. 研究了光纤各结构参量对传感器特性的影响规律. 研究结果表明: 待测液折射率的有效监测范围为1.25–1.331, 最高灵敏度可达26400 nm·RIU^-1, 传感器具有损耗谱杂峰少、探测范围广、灵敏度高、设计灵活性高和光路可弯曲等特点, 在生化检测、公共安全、环境污染监测以及高灵敏度传感等领域具有广泛的应用前景.     

基于光纤SPR光谱分析的水质矿化度检测研究

从溶液离子影响表面等离子体共振(SPR)光谱特征的角度,分析讨论了光纤SPR光谱对水溶液离子成分检测的灵敏特征,基于此并应用于以矿化度为代表的水质检测中。研究通过对不同离子状态的电解质溶液(NaCl,KCl,CaCl₂,MgCl₂,Na₂CO₃,MgSO₄和ZnSO₄)和非电解质溶液(蔗糖、丙三醇、葡萄糖)下的光纤SPR光谱分析,得到水环境的杂质离子含量对SPR光谱的影响规律,进而实现了水质矿化度的检测。研究同时给出了光纤SPR光谱法与电导率分析法在八种不同水样的检测对比分析,光纤SPR光谱法拥有高灵敏度、快速响应、抗电磁干扰等优点,对光纤SPR技术在水质检测领域的应用打下良好的基础。     

Tapered fiber optic surface plasmon resonance sensor for analyses of vapor and liquid phases

We report a new approach to analyze both vapor and liquid phases by utilizing a tapered fiber optic surface plasmon resonance (SPR) probe. This technique employs a fiber optic SPR probe with a modified geometry to tune the SPR coupling wavelength-angle pair. The observed composite spectrum included two distinct SPR dips associated with surface plasmons excited in the gas and liquid active regions. This sensor is able to detect refractive index changes in both vapor and liquid phases individually by simultaneous monitoring SPR coupling wavelengths from the two sensing surfaces.     

Theoretical analysis of surface plasmon resonance based fiber optic sensor using indium nitride

An extremely sensitive surface plasmon resonance based fiber optic sensor with indium nitride (InN) layer coated on the core of the optical fiber is theoretically analyzed. The proposed sensor exhibits high sensitivity in the near infrared region of spectrum. The optimized value of thickness of InN layer is found to be 70 nm. Possessing high sensitivity of 4493 nm/RIU, the 70 nm thick InN layer based fiber optic SPR sensor illustrates good sensing behavior.     

光纤模斑谱复合材料固化传感器研究

本文报道了一种新型光纤传感器,其原理为通过测量光纤末端近场模斑谱来反映埋置在周围的树脂折射率的变化。计算了随着在树脂固化过程中折射率变化的功率谱密度分布,给出截止频率与折射率的近似关系。通过测量折射率匹配液,对传感器误差进行了估计。给出了利用这种传感器进行复合材料树脂固化监测的实验结果。发现这种光纤传感器的信号可以用来反映固化凝胶点和固化结束点。指出由于固化后光纤仍保持光波导特性,该光纤还可以用来监测受环境扰动的结构,如温度变化、振动等     

一种光纤SPR传感器光谱降噪的新方法

根据光纤SPR传感器光谱的特点和实验系统的实时性监测要求,提出了一种新的降噪方法--移动小波提升算法.该方法脱离傅里叶变换,将复杂滤波过程分解为若干可逆简单过程,处理快而准,无须额外内存.在共振波长为557.70 nm的理论光谱上加一定强度的高斯白噪声,得到了仿真光谱模型.分别用基于Haar,CDF(3.1),DD(4,2)和5/3小波的移动小波提升算法对此模型进行降噪,得到共振波长分别为556.45,564.06,557.27和557.91 nm.最后一种算法相对误差最小,仅0.037 7%.这比用经证实降噪效果较好的symletll小波降噪法得到的0.043 03%更低.不同时刻采集同一检测系统的多组光谱,其共振波长标准偏差为4.186 7 nm,经新算法降噪后降为1.560 8 nm,也优于symlet11小波降噪法的2.725 3 nm,研究表明,用移动小波提升算法降噪有效抑制了系统噪声,减小了噪声对检测共振波长的影响,保证了光纤SPR传感器的检测精度.     

TiO2/SnO2复合光催化剂的制备及性能

采用特殊液相沉淀法制备纳米级的TiO2/SnO2复合粒子,对制备的纳米TiO2/SnO2采用XRD、TEM等手段进行了表征。用它做催化剂在日光下对甲基橙溶液进行了光催化实验。结果表明,纳米级TiO2/SnO2复合催化剂比纯TiO2的催化活性好,当SnO2摩尔百分数为20%时效果最佳,在60min内对10mg/L的甲基橙水溶液的降解率高达90.2%,具有较好的光催化活性。