光纤生物免疫传感器原理及关键技术研究

利用建立的反射光谱分析系统(Rifs)和SiO2表面蛋白分布的原子力显微镜(AFM)表征,提出了利用生物膜层反射光谱曲线极值点波长变化实时监测抗体抗原免疫反应的新方法. 实验表明,得到的生物免疫反应动力曲线与反应过程有很好的对应关系. 该方法克服了目前生物检测中膜厚算法的不足,方法简单有效,能够实现对生物反应过程的实时监测.     

密集波分复用系统中光纤喇曼放大器的分析方法

本文利用耦合波理论分析了密集波分复用系统中具有一定光谱宽度的光信号之间的SRS相互作用规律,给出了宽光谱光抽运的光纤喇曼放大器的分析方法.     

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

 现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。     

基于光纤光声传感的多组分痕量气体检测技术

为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功能。利用声学共振腔和干涉型光纤声波传感器对光声信号进行激发增强和探测增强,实现了乙炔和甲烷气体的高灵敏度检测。光纤声波传感器中以微机电系统悬臂梁作为声学敏感元件,设计了光纤法布里-珀罗干涉结构,将悬臂梁偏转位移转换为F-P腔长的变化。采用高分辨率光谱解调技术,实现了基于光纤F-P传感器的超高灵敏度光声信号检测。系统对乙炔和甲烷的检测极限分别达到2×10^-9和3×10^-9,归一化噪声等效吸收系数为8×10^-10cm^-1W Hz^-1/2。     

单长周期光栅迈克耳孙干涉仪特性研究

单长周期光栅迈克耳孙（Michelson）干涉仪是由尾纤端面蒸镀高反膜的单根长周期光纤光栅构成。入射光经长周期光栅后,部分被耦合到包层中传输。经过包层和纤芯传输的光信号经尾纤端面反射后,重新耦合回到长周期光栅中,在光栅区域形成干涉。通过理论计算分析了各种因素对其光谱响应的影响。从实验上得到了干涉光谱的谐振峰波长位移与光纤段温度变化成良好的线性关系,测得其温度系数为31．3pm／℃。表明这种结构可用于高温传感或作为波分复用滤波器。     

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.     

多点侧面泵浦双包层光纤激光器的对称夹层结构

 利用基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,对掺杂的双包层光纤进行多点泵浦，根据严格的电磁场衍射理论和光栅方程，分析了多点泵浦时，这种耦合结构的泵浦光泄露的问题，证明了多点泵浦时泵浦光的泄露率仅为15.52%，而对信号光则不存在泄露。这种对称夹层结构可以用于多个大功率激光二极管阵列的多点侧面泵浦双包层掺杂光纤中，以制作各种大功率(数kW级)稀土光纤激光器，其最大耦合效率可以达到80%以上。     

毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术在金属形态与生物分子相互作用研究中的应用SCIEI北大核心CSCD

金属形态与生物分子相互作用研究对于揭示金属元素在正常生命过程、重大疾病的发生、诊断和治疗过程中的作用机理具有重要意义,发展研究金属元素形态与生物活性分子相互作用的新技术和新方法非常重要。简要总结了十余年来,在发展毛细管电泳与电热原子吸收光谱和毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱在线联用新技术,及其在不同形态金属与生物分子相互作用机理研究方面的工作。这些工作利用毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术不仅能够直接证明镉、锌、不同形态的汞、不同形态的锑与谷胱甘肽、DNA、人血清白蛋白、牛血清白蛋白间的相互作用,以及这些金属及其不同形态与生物分子加合物的生成,而且还能够测定相互作用的热力学参数、反应级数和动力学参数。另外,结合圆二色光谱、红外光谱光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱等实验手段,进一步研究了金属及其不同形态与生物分子作用对生物分子二级结构的影响及在生物分子上可能的结合位点等。     

毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术在金属形态与生物分子相互作用研究中的应用

金属形态与生物分子相互作用研究对于揭示金属元素在正常生命过程、重大疾病的发生、诊断和治疗过程中的作用机理具有重要意义,发展研究金属元素形态与生物活性分子相互作用的新技术和新方法非常重要。简要总结了十余年来,在发展毛细管电泳与电热原子吸收光谱和毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱在线联用新技术,及其在不同形态金属与生物分子相互作用机理研究方面的工作。这些工作利用毛细管电泳-原子光(质)谱联用技术不仅能够直接证明镉、锌、不同形态的汞、不同形态的锑与谷胱甘肽、DNA、人血清白蛋白、牛血清白蛋白间的相互作用,以及这些金属及其不同形态与生物分子加合物的生成,而且还能够测定相互作用的热力学参数、反应级数和动力学参数。另外,结合圆二色光谱、红外光谱光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱等实验手段,进一步研究了金属及其不同形态与生物分子作用对生物分子二级结构的影响及在生物分子上可能的结合位点等。     

偏振模耦合分布式光纤传感器空间分辨率研究

分析了偏振模耦合原理的分布式光纤传感器的自相干与互相干光；实验测量的干涉光证明了理论分析是正确的；利用偏振模耦合原理传感与白光干涉检测的分布式光纤传感器的空间分辨率是由光纤偏振色散系数与光源的谱宽决定的；由实验测量的偏振模耦合分布式光纤传感器的空间分辨率为6cm. 关键词： 光纤传感器 保偏光纤 空间分辨率 偏振模耦合     

高精度动态光纤应变传感研究

传统的光纤应变传感技术无法在满足高精度和强环境适应性的同时实现稳定的动态应变传感.为了解决该问题,本文将光干涉原理应用于光纤应变传感,设计了一种强环境适应性的基于干涉结构的高精度光纤应变传感系统,基于扫频干涉信号的互相关系数,该系统可以稳定地探测应变.本文还提出一种动态探测算法,该算法弥补了系统只能探测较小应变的缺陷,大大提升了实际应变的探测范围,同时还实现了动态的应变检测;采用三次样条插值算法,提升了小应变探测的精度.理论分析和仿真模拟表明,在加入白噪声的信号信噪比为15dB时,插值后的探测精度是未插值探测精度的2.3倍,插值后本系统探测结果的最大误差只有约9nε.     

白光干涉偏振模耦合分布式光纤传感器分析

分布式光纤传感器能够测量沿光纤长度上连续分布的外界量。用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合。用迈克尔逊干涉仪两臂光程差来补偿两个偏振模的光程差的方法探测传感信号。为了设计白光干涉偏振模耦合分布式传感器,根据统计光学原理分析了传感器的互相干特性。在此基础上分析了传感器的空间分辨力、光纤耦合点分辨力、最大传感光纤长度。波长1310nm、谱宽36nm的超辐射发光二极管(SLD)作光源．用色散参量为600ps／km,拍长3mm的保偏光纤的分布传感器空间分辨力和光纤耦合点分辨力分别为6cm和3mm。     

用傅里叶变换谱稳定法布里-珀罗型光纤水听器的工作点

介绍了闭环反馈控制法稳定法布里-珀罗型光纤水听器相位工作点的基本原理,给出了法布里-珀罗型光纤水听器的声压相移灵敏度的表达式,推导了法布里-珀罗干涉透射光强替代函数的傅里叶变换解析式,用MathCAD软件绘制了该式对应的傅里叶变换谱线,通过谱线可以直观地了解系统输出信号的组成和特点。在实验中用频谱分析仪器记录了法布里-珀罗型光纤水听器透射光强的傅里叶变换谱,与软件仿真的理论谱线较好地吻合。通过实验进一步指出反馈临界点频率的选择方法,检验了反馈控制法在法布里-珀罗型光纤水听器相位工作点稳定过程中的实际效果,证明了该方法的可行性。     

Intermodal interference of LP0j modes in optical fiber with liquid core

We present intermodal interference of modes LP_0j in silica optical fiber with liquid core. An appropriate detection method is proposed for observation of intermodal interference of LP_0j modes. Measured spectral dependencies reveal a clear local minimum, where position is a function of optical fiber parameters. We focused on investigation of dependence of that minimum position on length of optical fiber with liquid core. From measured spectral dependencies the evident blue shift of local minimum is observed as length of optical fiber increases. Character of spectral characteristics correspond with intermodal interference of modes LP_0j and is demonstrated by numerical calculations. Presented intermodal interference in combination with liquid-filled core of optical fiber can be attractive for sensing applications.     

马赫-曾德光纤干涉光谱测量系统的设计

光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点,广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成,推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台,对一宽谱光源进行测试,并采集其干涉信号,解调出了相应的光谱图。对结果进行分析,当最大光程差变为0.479 5 cm时,光谱分辨率为2.085 4 cm-1。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度,尤其是速度和延时时间的精度和线性度。     

金属膜层对光纤表面等离子传感器的影响研究

采用SG-12SA作为镀膜设备, 研究了当金膜厚度相同的情况下, 光纤表面等离子体波传感器在有粘结层和无粘结层时的光谱特性; 当粘结层厚度相同时, 光纤表面等离子体波传感器对应不同金膜厚度的光谱特性。结果表明：对镀有同样金膜厚度的光纤表面等离子体波传感器, 纤芯与金膜之间有粘结层相对于无粘结层, 共振波长出现红移, 且共振深度减小; 对镀有同样粘结层厚度的光纤表面等离子体波传感器, 随着金膜厚度的增加, 共振波长亦逐渐发生红移。这些研究成果为以后研制性能优良的光纤传感器提供了参考, 同时为在直径为微米级的三维圆柱面上镀膜提供一定的指导意义。     

基于小波降噪的偏振耦合检测分析

理论分析了基于白光干涉的保偏光纤偏振模式耦合检测原理,并以迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振耦合的耦合强度和耦合点的位置进行了测试.由于机械式扫描干涉仪和信号处理电路会受到环境干扰和各种噪声的影响,限制了系统偏振耦合检测的灵敏度,应用小波变换对检测信号进行了分析,采用软阈值方法降噪处理,有效地去除了各种干扰和噪声,提高了干...     

基于空芯微结构光纤拉曼探针的实验研究

表面增强拉曼散射(SERS)技术可有效增强样品分子的拉曼信号,对生物分子检测具有较高的灵敏性,因此在生化方面有着许多潜在的应用.而将空芯微结构光纤与SERS技术相结合不仅能够远端实时、分布式地检测,同时还可以增加光场与待测物的有效作用面积,减少传统光纤探针无法避免的石英背景信号等问题.本文基于空芯微结构光纤进行SERS探针的制备及性能测试研究,利用真空物理溅射法在空芯光纤内镀纳米Ag膜,从而制备成SERS探针,通过实验检测不同浓度的罗丹明6G (R6G)酒精溶液的拉曼信号.结果表明,在探针的近端正面成功探测到了浓度低至10~(-9)mol/L的R6G拉曼信号,在探针的远端反面探测到的浓度可小于10~(-6)mol/L.该实验结果为研究高灵敏度的SERS探针提供了一种新的手段.     

超二代微光像增强器多碱光电阴极膜厚测量研究

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性,测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比,形状较不规则,原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理,如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时,光谱反射将出现干涉加强峰;如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时,光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长,可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm,比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38％.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量,仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明,利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控,那么将可以精确控制阴极膜层的厚度,对多碱阴极的研究将会更加深入,多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.     

Real-time positioning technology of train based on optical fiber coherent Rayleigh backscattering北大核心CSCD

With the rapid growth of railway mileage in China, the degree of heavy load of railway wagons continues to increase. An interference technology based on Rayleigh backscattering signal in optical fiber was proposed by using existing communication optical cables along railway lines. When the fiber vibrated slightly, the phase and refractive index of the fiber at disturbed position changed, which resulting in the Rayleigh backscattering light. By performing differential calculation on the Rayleigh signal curves before and after the operation, the location of the interference light intensity signal corresponded to the location of the disturbances was obtained. Based on this method, the recognition and positioning of railway vehicles were realized. By collecting and analyzing the time-domain and frequency-domain signal, the signal strength, train length, the number of carriages and other characteristics were extracted, and the model of railway vehicles were accurately recognized. Compared with traditional positioning technologies, this technology could realize long-distance monitoring, and the sensing fiber was buried underground on both sides of the railway, which was conducive to the concealment and protection of optical fiber. Experimental results show that the positioning error of the system is within ±10 m, and the detection of railway speed and position within 25 km can be realized. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.