基于石墨烯的光纤湿度传感研究EI北大核心CSCD

将还原氧化石墨烯（r GO）沉积在侧边抛磨光纤（SPF）上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度（RH）为70%～95%],传感器的光功率变化达到6.9 dB,尤其在RH为75%～95%区域,传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应,灵敏度可达0.31 dB/（%RH）,响应速度快于0.13（%RH）/s,并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果,并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充,并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。     

基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder温度传感特性研究

提出并设计了基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder干涉结构,并对其温度传感特性进行了研究。通过将两支分光比为50∶50的1×2端口光纤耦合器相对熔接,构建光纤Mach-Zehnder干涉结构,采用单模光纤作为干涉结构的参考臂。基于侧面研磨技术在3m长纤芯/包层尺寸为9/125μm的单模光纤上进行抛光,抛光时长为5h,制备了研磨长度为20mm、深度为50μm的光泄露窗作为干涉结构的传感臂,提高传感器的灵敏度。采用宽带光源对Mach-Zehnder干涉结构的透射光谱进行测试,干涉周期为0.66nm。实验中对传感结构进行了温度测试及分析,选取波谷位置为1551.48nm作为测试点。在25～60℃的升温范围内干涉条纹向长波方向移动3.97nm,传感器的温度灵敏度为115.4pm/℃。不同温度下对应波谷的波长位移量与外界温度呈现良好的线性关系,线性度为0.9940,功率漂移小于1.66dB,具有较好的功率稳定性。     

基于氧化石墨烯涂层的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪温湿度传感器

对基于微锥的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构进行了理论和实验研究.与传统没有经过侧边抛磨的光纤MZI相比,可以看出控制光纤侧抛深度可以有效地提高MZI结构的折射率传感性能.研究结果表明:侧抛深度达41.7 μm时,折射率在1.34附近的传感灵敏度达-117.145 nm/RIU.利用侧抛光纤MZI结构结合亲水性...     

基于光纤侧边抛磨技术的醋酸浓度光纤传感器

演示了两种利用光纤侧边抛磨技术制备的用于醋酸浓度检测的光纤传感器.其中一种光纤传感器采用轮式抛磨法对光纤光栅的光栅区包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤光栅的抛磨区,利用侧边抛磨光纤光栅反射峰波长的变化对醋酸浓度进行测量;另一种光纤传感器采用轮式抛磨法对普通单模光纤包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤抛磨区,利用抛磨光纤插入损耗的变化对醋酸浓度进行测量.两种光纤传感器的实验都表明:光纤包层抛磨表面与纤芯的距离越小,测量分辨率越高.剩余包层厚度为 0 μm 的侧边抛磨光纤光栅传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为6.67%;剩余包层厚度为O.5μm 的侧边抛磨光纤传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为0.55%.     

侧边抛磨光纤的光谱调制型表面等离子体共振传感研究

表面等离子体共振传感是基于光学消逝波与金属表面等离子体波共振的一种高灵敏度、快速、无标记的测量方式。光纤的表面等离子体共振传感具有在线测量、体积小、抗电磁干扰等优点。为提高折射率传感灵敏度,采用轮式侧边抛磨法抛磨掉多模光纤的全部包层和部分纤芯,并采用溅射法在光纤抛磨区先镀高折射率的铬层然后镀金膜,制作了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感器。研究结果表明:该传感器可实现液体折射率在1.333~1.431RIU范围的测试,平均光谱灵敏度为4.11×103 nm·RIU-1,在1.417~1.431RIU折射率范围内光谱灵敏度达1.09×104 nm·RIU-1,折射率测量范围和光谱灵敏度均优于已报道的结果。此外,该传感器具有良好的稳定性与重复性实验测试,最小分辨率约为3.6×10-5 RIU。该传感器光谱灵敏度高、检测范围大、尺寸小及良好的稳定性与重复性等优点,可被用于食品检测、环境监测、生物医学检测等相关领域。     

基于侧边抛磨光纤表面等离子体共振的折射率和温度传感研究

用轮式侧边抛磨法制作侧边抛磨光纤,通过磁控溅射法溅射金膜制成侧边抛磨光纤表面等离子体共振(SPR)传感器,并通过理论和实验对传感器的折射率灵敏度以及温度特性做了深入研究。结果表明表面等离子体共振波长随待测样品折射率的增大向长波长方向漂移,平均折射率灵敏度为4.1×103 nm/RIU(RIU为单位折射率),高于已报道的结果;共振波长随待测样品温度的升高向短波长方向漂移,平均温度灵敏度为0.36nm/℃,故该光纤SPR传感器具有更强抗温度漂移能力和更高的高折射率灵敏度,其在生物化学传感领域有重要的应用。     

D型高双折射光子晶体光纤的折射率传感特性研究

基于表面等离子体共振(SPR)原理,分析了D型高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)的折射率传感特性.模拟研究了抛磨角度对双折射、折射率传感灵敏度的影响.仿真结果表明:当抛磨面离纤芯的高度小于1.5倍占空比时,抛磨面离纤芯越近,双折射越小;随着抛磨角度的增加,双折射先增加后减小,折射率传感灵敏度随之减小;当抛磨角度为0°...     

石墨烯量子点法布里珀罗光纤湿度传感器

制作了一种利用普通单模光纤和石墨烯量子点材料共同构建的法布里珀罗湿度传感器.利用搭建的实验系统,在环境相对湿度11%RH～85%RH范围内进行了湿度响应实验,并对湿度上升和下降过程分别进行了测量.湿度上升过程中灵敏度为0.560 6nm/RH%,线性度为0.999 47;湿度下降过程中灵敏度为0.565 5nm/RH%,线性度达0.999 36.实验结果表明,该湿度传感器具有较高的响应灵敏度、较好的线性响应特性和测量重复性.另外对该传感头的温度响应特性进行实验研究,得到了较好的线性响应结果,温度响应灵敏度为0.035nm/℃,残差平方和为0.012 41,灵敏度标准差为2.305×10-4,湿度响应灵敏度约为温度响应的17倍.对其动态响应特性进行了典型测试,在相对湿度43%条件下得到了干涉光谱波长漂移的动态响应数据,得到了较快的动态响应,其响应时间和恢复时间分别为6.5s和9.0s.研究结果为研制低成本、易制作、高灵敏的光纤湿度传感器提供了一种有益的探索.     

用于向列相液晶取向测量的侧边抛磨光纤传感特性研究

向列相液晶(NLC)的取向变化对外界环境敏感,已被作为生物传感的敏感中介材料。研究了侧边抛磨光纤(SPF)用于NLC取向变化测量的传感特性,探索利用SPF测量液晶取向变化的可行性与适用范围。将液晶折射率的理论公式与SPF传输光功率实验数据结合,得到了经验理论关系。实验中设计用机械旋转法改变SPF抛磨面附近NLC的取向。实验结果表明,NLC的取向变化导致SPF传输光功率的变化。以液晶指向矢方位角为表征的NLC的取向变化从0°增大至90°,SPF传输光功率随之增大28.10dB;在0°~30°范围内,SPF传输光功率与NLC的取向变化具有线性关系,光纤传输光功率对取向角度变化的响应平均约为0.359dB/(°)。研究表明SPF可以用于NLC的取向变化的测量并且获得了适用范围,这为基于液晶取向变化的SPF生物传感器的研究提供了参考。     

基于Nafion-结晶紫传感膜的光纤湿度传感器研究

通过研究基于荧光和可见光吸收的两种湿度传感方法,从数种湿度分子探针中优选出结晶紫为分子识别器,包埋于Nafion溶胶中,制备成基于可见光吸收原理的光纤化学湿度传感膜。该传感膜与电荷耦合二极管阵列检测器等构成的光纤湿度传感器,于640 nm波长处对30%～100%范围内的相对湿度(relative humidity, RH)具有较快的响应时间(＜2 min)、较高的灵敏度(≤5%RH)、选择性和良好的可逆性(RSD≤2.6%)。     

基于侧边粗抛磨单模光纤的高精度曲率传感技术研究

介绍了一种基于单模光纤侧边粗抛磨增敏技术的光纤曲率传感系统,采用脉冲自参考信号解调技术对增敏区的透过率进行高精度测量。通过悬臂梁曲率测量实验,测定传感器敏感区的线性响应系数是0.593,系统测量噪声幅度为5.9×10^-5,经过悬臂梁位移与曲率换算,可知该系统的曲率分辨率可达9.95×10^-5 m^-1。该系统具有结构简单、响应带宽宽和可实现时分复用等优点。     

光纤表面石墨烯修饰新方法及传感应用

石墨烯作为碳纳米材料家族的新成员,具有许多独特的电学和光学性质,并且其对光纤表面的修饰可以提升光纤传感器的性能。传统的石墨烯修饰光纤表面的方法（液相转移法及气相沉积法）成本较高、操作难度大,而且会产生有毒气体。针对这一缺点,提出了一种新的石墨烯修饰光纤表面的方法,可以将分散液中的石墨烯有效提取并修饰于光纤表面,形成稳固的石墨层。实验结果表明,通过该方法修饰的倾斜光纤光栅,其石墨烯层不仅稳固,而且还在一定程度上提升了倾斜光纤光栅的折射率响应特性,灵敏提升了28%。此外,实验证明,修饰石墨烯层的倾斜光纤光栅可结合芘硼酸制成葡萄糖传感器,实现葡萄糖浓度的测量。     

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.437 8时,光功率损耗近似为零；而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.452 1时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.453 2逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL）.实验结果与理论结论符合较好.     

基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器

提出了一种基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器.它由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段锥形多模光纤(TMMF)构成,并通过液相转移法转移石墨烯薄膜至锥形多模光纤表面.石墨烯与锥形光纤光场相互作用,当外界温度发生改变,表面石墨烯修饰的锥形多模光纤所形成的复合波导的有效折射率随之变化,最终导致其光传输损耗发生变化...     

基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器

应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理,用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测,根据理论和实验分析光纤侧边抛磨区出射光能分布,将具有特殊U型侧边抛磨形状和适当抛磨深度的侧边抛磨光纤与光电探测器精密微封装,制成基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器。测试表明:此全光纤在线光功率监测器对光纤传输的光功率响应特性好,监测器光电转换效率可达200 mA/W以上。测试了器件的插入损耗、波长相关损耗、波长相关光电转换效率和偏振相关损耗等。其波长相关损耗和偏振相关损耗分别为0.3 dB(1 520 nm～1 620 nm)和0.07 dB(1 310nm)。此器件具有对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件、可与光纤系统直接熔接等诸多优点。     

基于侧边抛磨光纤传感器的混合液晶薄膜光折变特性研究

利用侧边抛磨光纤(SPF)传感器抛磨区对外界折射率敏感的特性,研究了混合有偶氮苯(AZO)和手征材料(ZLI811)的液晶混合物薄膜在紫外光照射下产生的光折变效应.将液晶、AZO 和 ZLI811 等 3 种材料的混合物涂覆在经过标定的 SPF 传感器的抛磨区上,制备成混合物薄膜.用 UV 光照射光敏薄膜导致 SPF 中传输光功率改变.实验表明:混合物薄膜在 UV 光照射下有光敏特性,会产生折射率变化,其折射率从1.474 变到1.470.这表明此光敏薄膜材料是负光折变材料.这种光敏薄膜材料可应用于制作新型全光纤光控器件和传感器.     

侧边抛磨单模光纤表面等离子体传感器的设计和优化

光纤表面等离子体共振传感器具有体积小、抗电磁干扰,可以实现在线实时远距离检测的优点。为提高传感器的性能,建立了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感的物理模型,分别研究了侧边抛磨光纤的剩余厚度、银膜层的厚度对传感器的灵敏度、共振峰的深度和半高全宽等的影响。结果表明：光纤剩余厚度越小,表面等离子体共振现象越强;随银膜层的厚度增大,共振峰的宽度变宽,而传感器的灵敏度呈现非单调变化。通过综合表面等离子体共振传感器的折射率传感灵敏度和共振峰半高全宽,提出了质量因数作为传感器的优化指标,并最终得到最优化的设计方案为光纤剩余厚度为66.5 μm,银膜的厚度为50 nm,此时质量因数达到98.67。