倏逝波型光纤气体传感器研究进展

介绍了倏逝波的概念和反映倏逝波光纤气体传感特性的穿透深度参数Z_m。讨论了D形、锥形、纤芯裸露形、纤芯失配型和微结构光纤等不同倏逝波型气体传感的原理和特点,评述了其最新研究进展,对比分析了各传感器的优缺点。对倏逝波型光纤气体传感器的发展趋势进行了展望。     

基于倏逝波的光纤生物传感器研究

构建了一种以光纤束作为激发光信号和荧光信号传输通道的光纤生物传感器结构.根据光纤探针的倏逝波理论和模式匹配理论对光纤探针的几何形状进行了设计,制作了数组光纤探针并根据需要对其中一部分进行荧光标记.选择了光纤探针置于空气中和水溶液中两种情况,对光纤传感器系统进行了信号检测实验,对比标记了的和未标记的相同几何结构参数的光纤探针两者在系统中被探测的信号差异.从二者的差别区分出系统所探测的倏逝波激发的荧光信号,证明了该光纤传感器系统的可行性.     

基于腐蚀光纤的温度及葡萄糖溶液浓度传感器

提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系,确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4μm,利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理,通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明:传感器在1070℃的温度范围内具有9.58×10~(-3) dBm/℃的灵敏度,线性度达到99.36%;在葡萄糖溶液03%的浓度范围内具有0.126dBm/(g/L)的灵敏度,线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30s,具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点,具备良好的应用价值.     

拉锥Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系玻璃光纤对乙醇溶液检测的光谱分析研究

采用熔融淬冷法制备了Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系玻璃,并拉制成直径为500μm的裸玻璃光纤,损耗测量结果显示光纤在6μm波长处的最低损耗为1.68dB/m。利用自行搭建的自动光纤拉锥平台拉制了腰锥直径分别为20,100,250μm的拉锥光纤,并对不同浓度的乙醇溶液进行了光谱分析检测实验,最后基于光纤倏逝波理论用COMSOL Multi physics软件仿真了三种不同腰锥直径的锥形光纤对乙醇溶液的传感灵敏特性,与实验结果进行了对比。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤问的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明，由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠，长周期光纤光栅产生的包层模，可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率，应满足模式匹配的条件，同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关，为获得高的耦合效率，耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用，为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法；为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件，提供了一种可能的方案。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤间的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率,应满足模式匹配的条件,同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关,为获得高的耦合效率,耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用,为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法;为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件,提供了一种可能的方案。     

光纤倏逝波生物传感器光纤探头的耦合光束限定

根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径，以此匹配半径为基础分析了激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹.结果表明，在此条件下如不对光纤探头的耦合光束进行限定，将有一部分激发光在锥型光纤探头中因不满足全反射的传输条件而透射出光纤探头，从而使传感器系统得到虚假检测信息.针对此问题,在光纤倏逝波生物传感器的系统设计中给出了具体的解决方法.     

微米光纤耦合型环境折射率传感器

本文展示一种由两根微米光纤构成的耦合型环境折射率传感器。微米光纤表面存在倏逝波,芯外介质折射率微小的改变将引起倏逝场分布变化,从而导致能量在耦合器两臂中的重新分配。本文通过测量耦合器两端出射光功率的比值来对葡萄糖溶液的浓度进行传感,实验结果表明该微米光纤耦合型传感器的浓度传感灵敏度可达1.58 mol·L~(-1)。本文用耦合模理论详细分析了两根相邻微米光纤的耦合效率与芯外介质折射率之间的关系,发现减小耦合区的光纤的直径,增大入射光波长或增大耦合长度,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

CdSe/ZnS量子点在倏逝波光纤pH传感中的应用

将新型量子点荧光传感技术与光纤倏逝波传感技术相结合,发展了一种基于量子点荧光效应并结合倏逝波传导进行溶液酸碱度检测的新型传感技术,具有灵敏度高、检测速度快、便于微环境检测、可实现远程探测、实时监测和原位分析等特点。详细介绍了用于倏逝波传感的锥柱组合型光纤荧光探头的制备方法,量子点在光纤探头表面的修饰流程,光谱与强度两种光纤pH传感平台的建立,并分别从响应范围、线性度、重复性和稳定性等方面对CdSe/ZnS量子点应用于光纤pH传感进行了评价。结果表明,在pH值为2~12的范围内,CdSe/ZnS量子点的荧光光谱信号的峰位在强酸和强碱的情况下都会产生红移,且红移量随pH值的变化呈线性关系,其量子点荧光强度信号随pH值的减小呈线性降低关系,通过在强酸和强碱下交替测试的实验表明其具有较好的重复性,利用荧光强度传感平台进行实时监测的实验表明其具有较好的稳定性。因此,将CdSe/ZnS量子点用于倏逝波光纤pH传感具有可行性,在生物化学、环境监测、医学临床、食品安全等领域的pH值测量方面有着广泛的应用前景。     

选择性测量H2O2浓度的光纤倏逝波生物传感器

为了实现对H₂O₂浓度选择性、准确的检测,研制了一种基于辣根过氧化物酶（HRP）的光纤倏逝波生物传感器。首先采用氢氧化钠溶液对去除部分纤芯的抗紫外石英光纤进行羟基化,接着利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行硅烷化,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再次将光纤移入对H₂O₂具有选择催化性的HRP溶液中进行HRP分子固定,最后将固定有HRP的光纤在室温下晾干,即可获得HRP固定化光纤生物传感器。实验研究了戊二醛、HRP的浓度和固定时间、H₂O₂溶液的温度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性及检测下限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对H₂O₂有高选择敏感性,在4～20μmol·L^-1的H₂O₂浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,灵敏度达到-8.164×10^-4μmol^-1     

近场光镊技术研究新进展

光镊技术,又称光学捕获技术,它是利用光的辐射压力来捕获和操纵包括电介质颗粒、生物细胞及生物大分子在内的微小粒子的。近场光镊技术利用近场光学倏逝场随距离急剧衰减的特征,可显著地降低捕获粒子的尺寸,实现纳米捕获。追踪了近场光镊技术的最新进展,包括全内反射相干倏逝场、近场光学镀膜光纤探针尖、激光照明金属探针尖和聚焦倏逝场用于近场光学捕获,并对其进行了比较,分析了它们存在的主要问题和未来发展方向。     

柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定

由柱形微腔中回音壁模式满足的本征值方程,得到确定回音壁模式位置和间距的近似解析公式。以此近似解析公式,首次对直径在215～328 μm间的5个柱形微腔回音壁激光光谱做了模式标定。在用近似解析公式对柱形微腔激光光谱的数值作拟合的计算中,除了回音壁模的径向模式数(l)和角动量模式数(n)外无需其他拟合参数,解析公式的拟合值和实验激光光谱波长值间的偏差小于0.05 nm,拟合结果精确可靠。柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定在模式的场分布计算以及频移型微腔生物传感器的研究应用中具有重要作用,文章介绍的方法亦可应用于柱形微腔直径和折射率的精密测量。     

空心光纤中LP01模的场分布

本文用弱导光纤近似分析了空心光纤LP01模的场分布,得出了色散方程,并进行了数值计算.     

基于阵列倏逝波荧光传感器的雌二醇免疫检测方法

近年来,环境内分泌干扰物愈来愈受到人们的关注。对其用传统的检测技术分析,过程复杂、耗时长、价格昂贵,因此急需发展灵敏度高、反应迅速快、价格低廉的检测手段。介绍了一种平面波导型阵列倏逝波荧光生物传感器,在对系统光路参数进行模拟优化的基础上,可实现24个传感位点的同步、快速、灵敏检测。基于此阵列倏逝波荧光传感器,运用间接竞争免疫检测模式,优化并建立环境内分泌干扰物雌二醇的标准检测条件。实验结果表明,入射角在61.8°时,系统灵敏度最高。该方法对雌二醇检测线性检测区间为0.08~2.52 μg·L-1,检测限为0.05 μg·L-1,半抑制浓度为0.46 μg·L-1,完成单次样品的检测时间为20 min。利用该传感器对污水处理厂出水进行加标回收测试,回收率在84%~120%之间,相对标准偏差小于15%,表明该方法能够用于实际水体中雌二醇的快速检测。     

用于荧光免疫光纤生物传感器中信号分析的理论模型

利用多层介质中偶极子辐射理论,得到了荧光免疫光纤生物传感器的初始荧光分布.在此基础上,利用几何光波导理论给出了荧光信号在光纤探针中的传输模型.通过定义光纤探针的耦合效率、传输效率、收集效率和有效收集效率等概念,实现了对基于倏逝波激发的荧光免疫光纤生物传感器系统中荧光信号的跟踪分析.并建立了理论模型,可用于该类传感器系统的优化设计.     

负折射率材料对隐失波的幅度增益

分析了隐失波透过负折射率材料制成的透镜时,可以实现相位的调整,从而实现波的聚焦的原理;另外利用叠加原理(干涉法)及场量匹配法分析了负折射率材料如何实现对隐失波的振幅的放大,得到负折射率材料对隐失波有幅度增益,行波和隐失波都能聚焦成像的结论;并利用传输线理论提出隐失波透过负折射率材料平板时可等效地形成一个LC振荡电路,从而实现对隐失波的幅度增益.     

Thin Film Waveguide Sensor for Measurement of the Absorption Coefficient of Hemoglobin Derivatives

A simple method for determining the absorption coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in human blood is proposed. The method is based on a variation of the complex propagation constant of guided wave in a thin-film optical waveguide. On the waveguide layer, a serial multi-channel sample chamber is constructed to vary the interaction length between the evanescent field and the sample, and the dependence of the sensor response on the interaction length is investigated for various concentrations of two hemoglobins. The response of this sensor is linearly proportional to the interaction length and the concentration of the two hemoglobins. The attenuation constant due to the evanescent field absorption between the channels is experimentally obtained with the designed sensor, and the absorption coefficient is determined by the proposed method. The determined absorption coefficients coincided with those obtained by conventional transmission measurement.