应用于液压传感的光子晶体光纤特性

为实现结构紧凑、高灵敏度的光纤压力(液压)传感器,提出了一种应用于液压传感的边孔结构光子晶体光纤.基于全矢量有限元方法,研究了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤的有效折射、模式等特性以及在液压情况下的应力和应力特性.根据光弹效应给出了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤在液压情况下的折射率变化特性.模拟结果表明边孔结构光子晶体光纤可以获得更大的液压传感灵敏度,增大边孔半径可以提高液压传感灵敏度,因此结构优化的边孔结构光子晶体光纤可以实现高灵敏度的光纤压力(液压)压力传感器.     

光子晶体光纤气体传感灵敏度的有限差分法分析

提出了一种适合于高灵敏度气体传感器的新型光子晶体光纤结构.采用全矢量频域有限差分方法，研究了基于不同结构光子晶体光纤的气体传感器的相对灵敏度.由全矢量频域有限差分法，通过直接求解由麦克斯韦方程组导出的标准特征值方程，可以得到光纤中可能存在的不同模式的传播常量、电场分布和磁场分布.分别给出了三种不同结构光子晶体光纤在波长为1.3312 μm处，与结构参量变化对应的相对灵敏度变化以及在不同波长情况下的相对灵敏度变化.结果证明,该新结构具有较其它代表性的折射率引导型光子晶体光纤结构更高的灵敏度，特别适合作气体传感器.     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

 提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.     

基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35 ℃～45 ℃范围内的平均温度灵敏度可达?20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。     

基于定向耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场和温度传感器

设计了一种新型光子晶体光纤(PCF)磁场和温度传感结构.在光子晶体光纤包层的一个空气孔中填充磁流体,形成定向耦合结构,检测结构的磁场和温度变化.利用全矢量有限元法(FEM)对该传感器特性进行了仿真研究.结果表明,该传感结构可以实现磁场范围为100~250Oe(1Oe=79.58A/m),温度范围为10~60℃的检测,在该范围内磁场和温度的灵敏度最高可达1.10nm/Oe和-3.86nm/℃.     

基于氧化铟锡的十重偏芯D型光子准晶光纤的高灵敏度表面等离子体共振传感器

设计并分析了一种高灵敏度表面等离子体共振(SPR)传感器,该传感器由偏芯D型结构的十重光子准晶光纤(PQF)组成,并局部涂覆氧化铟锡(ITO).偏芯D型结构可以使液体分析更加方便,增强了纤芯模与SPP模之间的耦合,提高了传感灵敏度.采用有限元法对传感器的特性进行研究.结果表明,传感器的波长灵敏度随折射率(RIs)的增大...     

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。     

基于空气孔微结构光纤的表面等离子体共振折射率传感器北大核心CSCD

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应增强的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器结构通过光纤熔接机拼接光子晶体光纤(PCF),在光子晶体光纤中间引入一个空气孔形成PCF-空气孔-PCF的光纤传感结构,随后使用磁控溅射镀膜工艺在其表面沉积一层薄金膜制备而成。实验探究了折射率及温度对传感器的响应。结果表明,在1.333~1.389的折射率范围内,所提出的传感器的平均折射率灵敏度为2 142.52 nm,且测量线性度为0.981,品质因子约13.10。实验结果表明该传感器对温度不敏感。相比于无空气孔的PCF传感结构,引入的空气孔增强了SPR效应,使得传感器拥有良好的共振峰深度。得益于上述优势,该类型传感器有望在生物医学、环境监测等领域得到应用。     

一种新型光子晶体光纤的布里渊动态光栅传感

为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有"三明治"结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0～40℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa, 0～40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。     

用于液压传感的双芯光子晶体光纤

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化,得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤,可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致,在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026 dB,低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1 dB的直接熔接损耗.对基于20 cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究,结果表明在0～500 MPa量程内的灵敏度为-1.6 pm/MPa.     

基于布里渊动态光栅的高灵敏度静压力传感器设计

设计了一种新型边孔型保偏光子晶体光纤,在包层中对称地引入两个大空气孔,纤芯区域与大空气孔之间仅有一层小空气孔。由平面应变假设将该模型进行二维简化,利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,通过计算不同温度和静压力下的双折射频移以研究其温度和静压力传感特性。研究表明,在较大静压力和温度范围内,该保偏光子晶体光纤无需掺杂任何应力材料就可以实现?2.1353 GHz/MPa的静压力灵敏度且具有温度不敏感性,其温度灵敏度仅为+0.1542 MHz/℃。另外,还对该光子晶体光纤的光学特性进行了分析,其满足单模传输条件、具有较小的限制性损耗和较大的有效模场面积。由于具有体积小、与其他光纤兼容度强、静压力灵敏度高、温度不敏感的特性,其在温度变化不定、静压力改变区间较大的环境中静压力精确测量的优势比较明显,较好的光学特性使其在油井、土木的监测应用等方面有着重要参考价值。     

光纤光栅边孔封装技术

提出了一种新型的光纤光栅压力增敏封装技术——边孔封装技术,它通过改变封装体的几何结构实现了高倍数的压力增敏效果,较大程度减小了压力增敏倍数对聚合物材料参量的依赖性。采用有限元理论建立了边孔封装结构的压力传感模型,分析了封装体几何结构变化对封装后压力灵敏度的影响。采用聚合物材料进行了封装制作实验,测量结果表明封装后光纤光栅的压力灵敏度为5251 pm/MPa,是封装前压力灵敏度的1750倍,并将交叉敏感问题改善了近三个数量级,可满足高精度水下压力测量的应用要求。     

Design of a highly sensitive photonic crystal waveguide platform for refractive index based biosensing

In this paper, a photonic crystal waveguide platform on silicon-on-insulator substrate is proposed in order to realize a highly sensitive refractive index based biosensor. Following the design, the analysis of the sensor structure are made by using the three dimensional Finite Difference Time Domain method. The principle of sensing is based on the change in refractive index, which in turn changes the output spectrum of the waveguide. Results show that the sensitivity of the sensor depends mainly on the geometrical properties of the defect region of the photonic crystal structure. The phenomenon is verified for various samples having refractive index ranging from 1 (air) to 1.57 (Bovine serum albumin). Further, the structure is compared with few other conventional photonic crystal waveguide designs to analyze the sensing performance. The estimated value of sensitivity of the sensor is found to be 260 nm/RIU with a detection limit of 0.001 RIU. This high sensitivity can enhance the performance of low-concentration analytes detection.     

Numerical analysis of a photonic crystal fiber based on two polarized modes for biosensing applications

This paper presents a theoretical study on a photonic crystal fiber plasmonic refractive index biosensor. The proposed photonic crystal fiber sensor introduces the concept of simultaneous detection with the linearly polarized and radially polarized modes because the sensing performance of the sensor based on both modes is relatively high, which will be useful for selecting the modes to make the detection accurately. The sharp single resonant peaks of the linearly polarized mode and radially polarized mode, are stronger and more sensitive to the variation of analyte refractive index than that of any other polarized mode in this kind of photonic crystal fiber. For linearly polarized mode and radially polarized mode, the maximum sensitivities of 10448.5nm per refractive index unit and 8230.7nm per refractive index unit can be obtained, as well as 949.8 and 791.4 for figure of merits in the sensing range of 1.33-1.45, respectively. Compared with the conventional Au-metalized surface plasmon resonance sensors, our device is better and can be applied as a biosensor.     

Hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer and ripple shift measurement

We propose a hydrostatic pressure sensor based on a gold-coated thin-core fiber modal interferometer (TCFMI). A thin-core fiber is spliced to a single mode fiber forming a single-end fiber modal interferometer (FMI) due to the core mismatch and the fiber end reflection. Relative reflection spectra of TCFMIs based on thin-core fibers with different lengths are investigated. The TCFMI is gold-coated to enhance the optical reflectivity, which also results in the ripple of the relative reflection spectra of TCFMI. A high hydrostatic pressure sensor test system is proposed and the performance of the pressure sensor has been experimentally investigated. A pure-ripple-shift measurement method is used to achieve the demodulation of the sensor. The proposed pressure sensor has a sensing range up to 40 MPa and a sensitivity of 44.8 pm/MPa.     

High sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber

A high sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber is proposed in this work.In order to achieve high sensitivity and high stability,the gold layer is coated on the side-polished photonic crystal fiber to support surface plasmon resonance.The mixture of ethanol and chloroform is used as the thermosensitive liquid.The performances of the proposed temperature sensor were investigated by the finite element method(FEM).Simulation results indicate that the sensitivity of the temperature sensor is as high as 7.82 nm/℃.It has good linearity(R;=0.99803),the resolution of 1.1×10;℃,and the amplitude sensitivity of 0.1008℃;.In addition,the sizes of the small air hole and polishing depth have little influence on the sensitivity.Therefore,the proposed sensor shows a high structure tolerance.The excellent performance and high structure tolerance of the sensor make it an appropriate choice for temperature measurement.     

一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感

设计了一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感方案,并分析了其测量灵敏度.将标准单模光纤和一段仅传输基模与二阶模的无包层亚波长直径光纤结合形成传感头,通过分析传感头外气体折射率的变化对两个模式干涉谱峰值移动的影响,研究了这种传感器的折射率测量灵敏度.结果表明,这种传感器的灵敏度高于利用折射率引导型光子晶体光纤的基于模间干涉的折射率传感器.因为没有气体向微孔扩散的过程,这种基于模间干涉的亚波长光纤折射率传感器可用于实时探测.