基于IABC-SVR算法的拉曼光谱定量分析山羊血清蛋白含量

提出了一种基于拉曼光谱和改进人工蜂群算法优化支持向量机回归（IABC-SVR）算法快速定量检测山羊血清蛋白含量的方法。传统人工蜂群算法在数据区域规模较大时,收敛速度逐渐减慢, 出现效率低、精准度下降、局部最优解概率高等问题。所提出的算法解决了这些问题,使算法在进化前期避免陷入局部最优解,在进化中后期能够保持解的全局搜索能力。常规测定血清蛋白总量的方法通常采用凯氏定氮法、双缩脲法等,但存在时效慢、污染样本等缺点。采用拉曼光谱法进行检测,具有快速、无损的优点。以山羊血清为分析对象,按一定体积比配置35组待测样本,用拉曼光谱仪采集拉曼光谱,光谱采集范围为300~1 300 cm-1,采用基线矫正去除荧光背景,使用Savitzky-Golay光谱平滑法对原始光谱进行平滑处理,归一化处理光谱数据,并对拉曼光谱特征峰进行归属。实验结果表明,拉曼光谱能够表征血清中主要化学集团的信息,且由于官能团浓度差异,光谱特征峰强度随浓度变化明显,因此基于特征峰信息可以测定血清蛋白总量。实验中,以购买的山羊血清蛋白含量为基准,通过配置样本的体积比得到各组待测血清样本的蛋白含量,配置的单个液体样本体积为3 mL,随机选取8组实验样本作为模型测试集,剩余27组作为模型训练集。以经过处理的光谱特征峰强度和对应的血清蛋白含量分别作为模型的输入值及输出值,建立IABC-SVR,ABC-SVR和BP三种算法的定量模型,对测试集血清蛋白总量进行预测。最后通过均方差(MSE),相关系数（r）与建模时间分别进行对比,结果表明通过IABC-SVR建立的山羊血清蛋白定量矫正模型效果最佳,模型的相关系数为0.990 27,均方误差为0.244 3,建模时间为1.9 s,预测值方差均小于0.001 g·mL-1,预测准确率为99.8%。实验结果表明,应用激光拉曼光谱技术结合IABC-SVR算法,对快速定量检测山羊血清蛋白含量,具有较高的准确率和稳定性。     

Study on polarization properties of graphene coated D-shaped fiber

The optical properties of graphene coated D-shaped single mode fiber and photonic crystal fiber are numerically analyzed. Enhancement of the graphene-light interaction is found in graphene coated D-shaped photonic crystal fiber,which introduces a tunable polarization of the D-shaped fiber by changing the chemical potential of the coated graphene.An optimal polarizer model is demonstrated with the extinction ratio of 66.26 dB/mm and the insertion loss of 9.4 dB/mm.The modulator extinction ratios of the TE mode and TM mode are 11.5 dB and 5 dB, respectively, with a device length of100 μm. This paper provides a theoretical reference for the optical property research of the graphene fiber.     

纳米银溶胶和微腔型光纤SERS基底的制备及其性能比较

通过化学法制备了纳米银溶胶基底和微腔型光纤表面增强拉曼散射（SERS）基底,其中光纤SERS基底的微腔结构是通过氢氟酸（HF）腐蚀得到的。实验采用湿法检测,首先将纳米银溶胶基底与罗丹明6G（R6G）混合,找到增强效果最强时的裸光纤微腔结构,在此结构的基础上采用溶胶自组装法制备银纳米颗粒包覆的光纤SERS基底,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS基底（Ag/光纤-x,其中x为自组装时间,分别为10,20,30,40,50和60 min）。以10-3 mol·L-1的R6G为探针分子,对Ag/光纤-x基底进行初筛,得到增强效果最强的Ag/光纤-30基底。通过检测不同浓度的R6G溶液,对纳米银溶胶基底和Ag/光纤-30基底的SERS性能进行研究。实验结果表明,在相同的实验条件下,纳米银溶胶基底和Ag/光纤-30基底对R6G的检测限（LOD）分别为10-6和10-9 mol·L-1;在1 362 cm-1拉曼位移处对两种基底的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,Ag/光纤-30基底的拟合优度R2达0.975 3,远高于纳米银溶胶基底;拉曼信号的再现性检测结果表明,两种基底在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内,但Ag/光纤-30基底的RSD值范围更小,范围最大值仅为10.94%;两种基底的稳定性测试结果表明,纳米银溶胶基底35 d后,在1 362 cm-1位置处的综合拉曼强度下降了45.90%,而Ag/光纤-30基底35 d后,综合拉曼强度仅下降了17.58%,说明Ag/光纤-30基底具有长期稳定性。同时,对两种基底增强因子（REF）进行计算,对浓度为10-6 mol·L-1的R6G溶液,纳米银溶胶基底和Ag/光纤-30基底的REF数值分别为3.49×106和2.14×107,说明对于同一浓度的R6G溶液,Ag/光纤-30基底具有更强的增强效果,且比纳米银溶胶基底高出一个数量级。通过对比两种基底的SERS性能,表明Ag/光纤-30基底具有更高的灵敏度、更好的再现性以及长期稳定性。因此,基于银纳米颗粒包覆的光纤SERS基底在农残化学分析、生物医学检测等痕量检测方面有潜在的应用价值。     

Numerical and experimental analysis of long period gratings in wavelength scale elliptical microfibers

We report the fabrication of long-period gratings(LPGs) in elliptical microfibers with femtosecond laser. Based on the numerical analysis of the modes and the mode coupling condition of elliptical microfibers, an LPG is fabricated with a very short pitch of 10 μm by periodically modifying the fiber surface, which demonstrates very strong polarization-dependent resonances, a very low temperature sensitivity of a few picometers in air, and high temperature sensitivity of-1.62 nm/?C in refractive index oil.     

大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、 30、 45、 60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^-3 mol·L^-1的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检...     

A compact electro-absorption modulator based on graphene photonic crystal fiber

A compact electro-absorption modulator based on graphene photonic crystal fiber is proposed. To enhance the graphene–light interaction efficiency, the innermost six air-holes of photonic crystal fiber are replaced by two large semicircular holes, and monolayer graphene is deposited on the two large semicircular holes. By optimizing the structure parameters, a strong graphene–light interaction is obtained. Moreover, the switch on–off point of the modulator is unchangeable,which is only related to the frequency of the incident light. The influence factors of this composite structure have been analyzed. The proposed modulator is compared with other graphene-based modulators, and the results show that it is filled without dielectric spacer. There are some excellent performances, such as an extinction ratio 7 dB of y-polarization mode,3-dB modulation bandwidth of 70 GHz with small footprint of 205 μm, and a consumption of energy per bit 59 pJ/bit.     

Wavelength and sensitivity tunable long period gratings fabricated in fluid-cladding microfibers

We report the fabrication of long period gratings in fluid-cladding microfibers by directly focusing a femtosecond laser beam on the microfibers surface to induce periodical modification a long one side of the microfibers.A long period grating is fabricated in a water-cladding microfiber with a diameter of~5μm,which demonstrates a resonant attenuation of 28.53 dB at wavelength of 1588.1 nm with 10 pitches.When water cladding is changed to be refractive index oil of n=1.33 and alcohol solution with concentration of 5%,the resonance wavelength shifts to 1575.1 nm with resonant attenuation of 24.91 dB and 1594.1 nm with resonant attenuation of 35.9 dB,respectively.The long period grating demonstrates different temperature sensitivities of-0.524 nm/℃,-0.767 nm/℃and-1.316 nm/℃for water,alcohol solution and refractive index oil cladding microfibers,respectively,which means the alterable liquid cladding allows the availability of tunable wavelength and sensitivity.The fluid-cladding protects the microfibers from external disturbance and contamination and allows more flexibility in controlling the transmission property and sensing characteristics of long period gratings,which can be used as fiber devices and sensors for chemical,biological,and environmental applications.     

基于少模长周期光纤叠栅的模式转换器

本文提出一种在同一段少模光纤上写入两个不同周期Λ1和Λ2的长周期光纤光栅构成叠栅的方法,实现了纤芯基模LP_(01)向高阶纤芯模LP_(11)模式转换的宽带宽的新型的全光纤模式转换器.利用有限元法和耦合模理论建立了模式转换器的理论分析模型.数值仿真分析了叠栅中两个子光栅周期间隔、光栅长度、耦合系数等光栅参数对模式转换器的影响.仿真分析和实验结果表明,通过改变两个子光栅的周期间隔来改变两个损耗峰的位置,形成一个损耗峰,从而可以实现宽带宽的模式转换器,其10dB带宽约是单栅的2倍.与传统的模式转换器相比,该转换器带宽宽、转换效率高,尺寸小、抗干扰能力强,可以在模分复用系统和光通信中得到广泛的应用.     

基于少模光纤长周期光栅叠栅的折射率传感特性

为了克服折射率测量过程中温度交叉敏感的影响,提出并制备了一种少模光纤长周期光栅传感器.该传感器利用CO_2激光器在少模光纤上先写入周期为654μm、长度为30mm的长周期光栅,然后用旋转平台将光纤旋转180°,再写入相同长度周期为819μm的长周期光栅制作而成,其传输光谱在1 487.2nm和1 533.0nm处出现两个由不同模式耦合形成的谐振峰,通过监测两个谐振峰差值的变化减少温度串扰,实现折射率的测量.实验结果表明:两个谐振峰差值在折射率1.333 3~1.376 6范围内的灵敏度为143nm/RIU,在温度20~70℃范围内的灵敏度为-0.002 5nm/℃,温度灵敏度远低于折射率灵敏度,具有对温度不敏感的特性.与传统光纤传感器相比,该传感器具有温度干扰小,折射率灵敏度高等优势,并且尺寸较小、结构紧凑,可在工业、水利、医学等领域广泛应用.     

基于电流内调制DFB激光器的高空间分辨率OFDR

针对光频域反射（OFDR）系统中光源调频非线性导致的传感单元定位误差、传感精度低、传感范围窄、系统适应性差等问题，提出了开环校正结合光电锁相环闭环校正电流内调制分布反馈式半导体（DFB）激光器的方法。该方法用于控制DFB激光器连续、快速、大范围频率扫描线性化，使其成为OFDR系统的优质光源，提高OFDR的分辨率。实验结果表明DFB激光器的扫频非线性度由16.55%下降至0.078%，拍频信号中心频率的功率提升了21.1 dB，探测范围由15 m提升至50 m，测量值与实际值的最大误差为3.79 mm，重复性测量的最大标准偏差为112.2μm。