基于激光瞬态特性的气体浓度光纤传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器瞬态特性的新型气体浓度传感器.用光纤环全反镜和光纤Bragg光栅(FBG)构成F-P线形腔，通过调节光栅的反射波长，使激光激射波长落在C₂H₂的一个较强的吸收峰1531.56 nm.激光激射延迟时间与激光器谐振腔损耗密切相关，气体浓度的改变将引起谐振腔损耗的改变，通过测量激光激射延迟时间可以获得气体的浓度.该装置分辨率及灵敏度由抽运光脉冲的高功率电平和低功率电平决定，传感器的动态测量范围由抽运光高功率电平决定.当高功率和低功率电平分别为25 mW和5.9 mW时,该传感器的灵敏度和分辨率分别为100 ppm/μs和20 ppm.     

基于平面膜片的光纤光栅传感研究

提出了一种基于平面膜片的光纤光栅压强传感器.讨论了该传感器反射谱展宽、峰值波长变化与压强之间的关系.指出将光纤光栅沿径向粘贴在膜片中心附近时,反射谱的峰值波长与压强之间具有良好的线性关系,可以通过检测峰值波长来检测压强.该传感器的压强响应灵敏度系数的实验值为0.3964 nm/MPa,是裸光纤光栅压强灵敏度系数的132.1倍.该传感器的灵敏度系数与压强测量范围可以通过改变膜片的尺寸、材料的弹性模量、泊松比等参量来调节.     

双悬臂梁光纤Bragg光栅应力传感器

报道了一种新颖的光纤Bragg光栅应力传感器.理论分析和实验证明了这种传感器Brrag光栅中心波长随应力变化的线性工作区.将光纤Bragg光栅贴于双悬梁的梁端面,在双悬梁的自由端部施加载荷,对光纤Bragg光栅的应力响应特性测试.当所加载荷为300 g时,光纤Bragg光栅中心波长变化了0.156 nm.从实验上获得了－0.05 nm/N的应力响应灵敏度.该结构具有应力增敏作用,且应力响应的线性、重复性和迟滞性较好.应力响应灵敏度随着梁的大小以及材料的力学参量的改变而改变.     

利用全光纤干涉解调技术的光纤光栅复用传感系统

提出了一种用于光纤光栅传感波长检测的新方法。系统采用全光纤Mach Zehnder干涉仪,运用动态的自参考相位检测方式,结合微机实时处理技术,实现了对三点复用传感器的高分辨率(0.99pm)解调,单点测量范围达3.32nm。系统结构简单、成本低,可以同时检测静态和低频动态信号。     

基于表面等离子体共振和定向耦合的光子晶体光纤传感器

设计了一种具有较大动态检测范围的新型光子晶体光纤折射率传感器。光子晶体光纤中一个空气孔镀上金纳米薄膜作为表面等离子体共振传感通道用来检测低于石英基底材料的液体折射率,一个空气孔填充待测液体作为定向耦合器通道用于检测高于石英基底材料的折射率。该传感器可以实现折射率为1.32~1.52范围内的检测,且具有较高的传感灵敏度。在各向异性的完美匹配层(PML)下利用全矢量有限元法(FEM)对该传感器特性进行了数值研究,结果表明:在1.32~1.44和1.46~1.52的折射率范围该折射率传感器灵敏度最高分别可达13500 nm/RIU和28700 nm/RIU,RIU为折射率单位。     

结合波分复用和空分复用的光纤光栅串口总线式检测系统

结合波分复用和空分复用技术,可增加光纤Bragg光栅(FBG)传感波长的解调数目。开发了FBG传感器检测仪与计算机系统之间的光纤Bragg光栅传感检测系统。该系统通过串口总线分别与光开关和解调仪通信,实现了传感光谱的实时描绘和16通道的FBG传感中心波长的动态更新。测试结果表明,系统工作波长范围为1527~1566nm,中心波长分辨率为1pm,一次采集光栅波长信息时间为620ms。     

激光加工微型光纤折射率传感器的工艺与特性

提出一种由157nm激光制造的新型微型光纤法布里-珀罗折射率传感器的制作方法,传感头由靠近单模光纤端的具有光纤顶端微通道的法布里-珀罗空气腔组成,将单模光纤顶端的微通道作为检测介质的入口.分别在珐珀腔的反射界面镀以薄膜作为反射镜面来确保高的光对比度.试验中获得了1130.887nm/refractive-index的分辨率.和其他的光纤传感器相比,这种传感器具有体积小,结构坚固,高分辨率,线性良好,测量范围宽等优点,能够满足实际应用的要求,特别是对需要小型传感器的场合.     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.     

岩层变形检测的光纤光栅多点传感理论与工程应用

为了监测松散地层沉降变形,提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统.基于室内实验结果,给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm,分析了多点传感信号分辨因子,山光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器.设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列.工程实践表明,光纤光栅传感系统采用双同路布置.可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率.     

Multi-wavelength laser sensor for intruder detection and discrimination

An intruder detection and discrimination sensor with improved optical design is developed using lasers of different wavelengths to demonstrate the concept of discrimination over a distance of 6 m. A distinctive feature of optics is used to provide additional transverse laser beam scanning. The sample objects used to demonstrate the concept of discrimination over a distance of 6 m are leaf, bark, black fabric, PVC, wood and camouflage material. A camouflage material is chosen to illustrate the discrimination capability of the sensor. The sensor utilizes a five-wavelength laser combination module, which sequentially emits identically-polarized laser light beams along one optical path. A cylindrical quasi-optical cavity with improved optical design generates multiple laser light beams for each laser. The intensities of the reflected light beams from the different spots are detected using a high speed area scan image sensor. Object discrimination and detection is based on analyzing the Gaussian profile of reflected light at the different wavelengths. The discrimination between selected objects is accomplished by calculating four different slopes from the objects' reflectance spectra at the wavelengths 473 nm, 532 nm, 635 nm, 670 nm and 785 nm. Furthermore, the camouflage material, which has complex patterns within a single sample, is also detected and discriminated over a 6 m range by scanning the laser beam spots along the transverse direction.     

Nanostars on a fiber facet with near field enhancement for surface-enhanced Raman scattering detection

A 4-pointed gold nanostar is proposed to form the array on a fiber facet to achieve a greatly enhanced near field intensity for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) detection. The proposed gold nanostar array has a Surface Plasmon Resonance (SPR) peaked at a wavelength of ～650 nm with up to 45 times electric field intensity enhancement compared with the state-of-the-art nanorod design. It has a wideband SPR field enhancement spanned from 600 to 720 nm, which covers the wavelengths for both the excitation light (632.8 nm) and the Raman signal of the analytes (675–706 nm); With symmetrical structure it forms four hot spots in every unit cell and can detect best for light polarized horizontal or perpendicular to the waist of the nanostars. It also could be altered to tune the SPR and allows the fiber sensor to resonate at different wavelengths, as demonstrated by an example at 533 nm. All the above features make the gold nanostar-based compact and portable fiber sensor an attractive solution for SERS detection.     

Spiro－Oxaziue染料掺杂高分子材料光致变色效应的研究

报道Ｓｐｉｒｏ－Ｏｘａｚｉｕｅ染料掺杂高分子（ＳＯ／ＰＶＡ）膜具有很强的可逆光致变色效应，通过对这种高分子膜吸收光谱的测试，证实ＳＯ分子具有二个特征吸收带，一个在３６０ｎｍ，另一个在５９５ｎｍ，分别对应于二个分子异构体ＳＯ１和ＳＯ２，有关这种ＳＯ／ＰＶＡ光致变色过程的研究给出了ＳＯ１对紫外光和ＳＯ２对可见光（波长在５１５ｎｍ）的吸收系数分别为１．２ｃｍ２／Ｊ和６×１０－２ｃｍ２／Ｊ，ＳＯ２的寿命为３８ｓ。最后本文给出了采用这种ＳＯ／ＰＶＡ膜实现紫外－可见光图像转换和空间光调制操作的实验演示结果     

Broad spectral photonic crystal fiber surface enhanced Raman scattering probe

A broad spectral surface enhanced Raman scattering sensor is developed using the solid core holey photonic crystal fiber with silver nanoparticles cluster. This SERS probe offers an operational excitation wavelength range overlaying visible light and near infrared light. The PCF SERS sensing is demonstrated in the detection of the 4-Mercaptobenzoic acid (10⁻⁶ M) solution with 514.5 and 785 nm excitation. In this structure of PCF sensor, the related analysis shows that leakage modes also make an important contribution in the SERS activity not only by the evanescent field way.     

青霉胺稳定的铜/银双金属纳米簇制备及其在银离子检测中的应用EI北大核心CSCD

以青霉胺(DPA)为还原剂和稳定剂,通过一锅法一步制备了青霉胺稳定的铜/银双金属纳米簇(DPA-Cu/Ag NCs),并将其作为一种传感器用于检测水样中的银离子。该银离子传感器具有价格低廉、分析速度快速、选择性高等特点。采用透射电子显微镜(TEM)等方法表征了DPA-Cu/Ag NCs的结构及其化学组成,并通过荧光光谱和紫外-可见光谱法研究了DPA-Cu/Ag NCs的光学性质。结果表明,该DPA-Cu/Ag NCs在激发波长为300 nm时的最大发射波长为555 nm,其溶液在可见光照射下呈现乳白色,在紫外灯照射下则呈现出明亮的黄色荧光。在DPA-Cu/Ag NCs的制备条件达到最优化的情况下,可以将其作为探针,用来高选择性、高灵敏性地检测银离子。该探针检测银离子的检测限为0.3μmol/L,线性范围为0~500μmol/L。该DPA-Cu/Ag NCs探针还可应用于自然环境水样(湖水、瓶装矿泉水和实验室自来水)中银离子浓度的检测,其检测性能十分优异且具有良好的准确度和重现性,表明DPA-Cu/Ag NCs探针在环境检测方面有非常高的应用价值。     

光纤光栅漏油传感器在石油工业健康监测中的应用

光纤光栅漏油传感器作为石油工业健康监测的智能器件具有很好的发展前景。设计了一种应用于石油工业健康监测的光纤光栅漏油传感器。通过实验得出：该光纤光栅传感器漏油报警线为1.0nm,响应时间小于3min,且该传感器具有良好的综合性能和安全使用性,能够在石油工业健康监测中起到积极的作用。     

Real-time and background-free detection of nanoscale particles

We introduce a background-free real-time detection scheme capable of recognizing low-index nanoparticles such as single viruses in water. The method is based on interferometrically measuring the electromagnetic field amplitude of the scattered light. A split detector is used to generate a background-free signal that renders unprecedented sensitivity for small particles. In its current configuration the sensor is capable of detecting low-index particles in water down to 10 nm in radius or single gold particles as small as 5 nm. We demonstrate the detection of such small particles in a microfluidic system with a time resolution of 1 ms and we discuss the theoretical limits of this novel detection scheme.     

基于2S2G棱镜的新型反向表面等离子共振生物传感器

提出了一种基于反向表面等离子体共振原理,由Ge_(20)Ga_5Sb_(10)S_(65)-钯-石墨烯分子-生物分子四层结构构成的新型生物传感器。当生物分子之间发生相互作用时,引起生物分子层折射率的变化,从而导致反向表面等离子体共振角的偏移。在此基础上,根据传输矩阵法推导了传感器的输出光谱,重点讨论了本文提出的传感器与传统传感器相比,在灵敏度、分辨率、动态检测范围以及检测信号信噪比方面取得的进展。另外,通过对比研究,深入分析了辅助介质层石墨烯厚度对传感器性能的影响。最后,利用近红外光作为提出的传感器的入射光,分析了在近红外区域传感器性能的改善。研究结果表明:单层石墨烯分子使传感器性能达到最佳;反向表面等离子共振峰强度约为入射光强的80%~90%,使传感器的输出信号具有较大的信噪比;在可见光区域,当入射光波长为632.8nm时,提出的反向表面等离子共振生物传感器的分辨率是基于SiO_2棱镜耦合反向表面等离子共振生物传感器的1.9倍,是传统表面等离子共振生物传感器的3.5倍,提出的传感器的动态检测范围约是现有传感器的2倍;利用Ge_(20)Ga_5Sb_(10)S_(65)棱镜可使反向表面等离子共振生物传感器检测光波长由可见光区域扩展到近红外区域,当入射光为1 000nm时,传感器的分辨率是可见光区域的3~4倍。该研究对基于反向表面等离子体共振原理生物传感器的实现与发展具有重要意义。     

Position sensor based on slit imaging

A position sensor based on slit imaging is proposed and its measurement principle is described.An imaging slit is illuminated by a collimated laser beam with square-wave modulation and imaged on a detection double slit through a 4f system.A magnified image of the detection double slit is formed on a bi-cell detector.The position of the imaging slit is obtained by detecting light intensity on two parts of the bi-cell detector.In experiments,the feasibility of the sensor was verified.The repeatability was less than 40 nm.     

燃烧法合成掺锰高铝酸钙红色荧光粉的研究

以脲素为燃烧剂,采用燃烧法在较低引发温度下快速合成了CaAl₁₂O₁₉∶xMn4+发光粉体。采用正交分析法考查了煅烧温度、Mn4+掺杂量、燃烧剂用量和煅烧时间等合成条件对荧光粉发光强度的影响。实验结果表明：煅烧温度1 200 ℃,Mn4+掺杂量2%,燃烧剂/CaAl₁₂O₁₉摩尔比为50∶1, 煅烧时间5 h为最佳合成工艺,制得的荧光粉的发射强度为95.8。该荧光粉由于Mn4+的2E—4A₂跃迁,在643和656 nm呈现强红色发光,其中656 nm为最大发射峰;在470 nm处的最大激发峰是属于Mn4+配位场的4A₂—4T₂跃迁,470 nm激发峰可以与LED芯片的465 nm发射相匹配。