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.     

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。     

光纤倏逝波生物传感器及其应用

以光纤倏逝波原理，研制成功一台光纤倏逝波生物传感器。该传感器对纯净的Cy5荧光染料溶液的检测灵敏度达0．01μmo1／1；对浓度为0．01μmo1／1的嗜肺军团菌核酸样品的测量信噪比为4．61。所有检测结果与商品化生物芯片扫描仪同时检测得到的结果具有很好的一致性。     

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.     

基于倏逝波的锥形光纤马赫-曾德尔湿度传感器

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器,传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入,经过第1个粗锥时,将激发出若干高阶模,各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时,细锥区倏逝场随之变化,最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化,可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明,在35%~85%RH的湿度变化范围内,透射谱的能量具有相同变化趋势,处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH,温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高,温度交叉敏感小等特点,具有很好的应用前景。     

基于倏逝波照明的空间移频超分辨成像技术研究

空间移频超分辨成像技术利用样品表面的微纳结构对照明倏逝波的散射,使其转换为传播波,并将倏逝波携带的高频空间信息转换成低频信息,可被远场的显微物镜所接收,实现超分辨成像.其极限分辨率由照明的倏逝波波长决定,但分辨率仅在倏逝波波矢方向上有提升.在现有的棱镜全反射倏逝波生成方案中,倏逝波的最短波长受棱镜折射率的限制,因此其最高分辨率也受限制;且生成的倏逝波波矢为单一方向,因此分辨率存在方向差异性.为解决上述问题,建立了完整的空间移频超分辨成像仿真模型,并提出了一种新型倏逝波生成方案,可利用微纳结构产生波长更短、具有全方向波矢的倏逝波.结果显示,新方案可产生波长更短的倏逝波,并消除成像分辨率的方向差异性,从而避免现有方案中的多方位成像和图像后处理.空间移频超分辨成像技术具有大视场、高分辨、结构简单、操作方便、无需逐点扫描、可与普通光学显微镜兼容等优点,改进后将具有更广阔的应用空间.     

倏逝波抽运的回音壁模式激光增益计算

倏逝波抽运条件下的回音壁模式光纤激光器增益计算,涉及抽运光束在光纤内的角度分布函数及其数值计算。基于射线光学理论,推导出了高斯分布光束及均匀分布光束经透镜耦合后在光纤内表面的角度分布函数;采用复合辛普生数值积分公式对分布函数进行了数值计算,并用分布函数计算的结果研究了抽运光沿光纤轴向以受抑全反射方式传播时产生的回音壁模式激光的增益特性。所得结果对这类光纤激光器的研究具有理论和实验参考价值。     

含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析

研究了倏逝波在含负折射率介质的多层平板结构中的传播特性，解析地分析了倏逝波在不同结构参数下的放大或衰减规律及其原因以及能流的分布，并着重讨论了负折射率介质的损耗对隧道效应的影响，最后通过模拟高斯光束在该结构中的传播和能量储存，形象地给出了负折射率介质的损耗对倏逝波的影响和对光子隧道效应的减弱. 关键词： 负折射率介质 倏逝波 隧道效应     

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     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

两能级原子在激光衰波场中的共振反射

在共振情况下求解两能级原子在激光衰波场中的薛定谔方程，得到了基态原子反射率Ｒｇ、激发态原子反射率Ｒｅ以及原子总反射率Ｒｔ的解析表达式。然后通过数值计算，详细讨论了Ｒｇ、Ｒｅ，Ｒｔ与拉比频率，原子垂直于靶面方向运动的动能的依赖关系，得到一些有意义的结果。     

隐失驻波全内反射荧光显微术的数值计算

从理论上详细计算了在全内反射的条件下，两束入射光产生的隐失干涉场(即隐失驻波)的强度分布，并分析了其不同于传统传播波干涉场的特点。同时使用数值模拟证明了利用隐失干涉场，即隐失驻波的激发方式，可以提高系统的分辨力，在横向实现超经典分辨的荧光成像。具体的分析表明，两束光以相等的角度入射，同时振幅相等，偏振态相同，所形成干涉条纹的反衬度最高，此时成像系统的有效点扩展函数最优化；入射介质1的折射率越大，隐失干涉场的空间周期越短(空间频率越高)，其对应的调制点扩展函数中心瓣的半峰全宽越小，可能分辨更小的物体，但同时旁瓣的强度也增强，最终成像的分辨力受两者的共同制约。     

Biaxial behaviour of an optical waveguide fabricated by ion implantation in a uniaxial BaTiO3 substrate

Biaxial behaviour has been observed in a waveguide fabricated by the technique of ion-beam implantation (H⁺ ions: 1 MeV at a rather high dose of 6 × 10¹⁶ ions/cm²) in a uniaxial BaTiO₃ single crystal. For the first time to our knowledge this phenomenon has been connected to the elasto-optic properties of the material. The index profile reconstructions both for TE and TM modes are led with two methods and we compare the results. The computation technique to connect the latter with the elasto-optic properties is presented. Then the calculations are successfully compared with the measured values.     

Mode field distribution of an integrated-optical waveguide generated by UV-laser radiation at the surface of a planar polymer chip

An integrated-optical strip-waveguide is directly written into the surface of a planar polymer substrate by an excimer laser beam. The mode field distribution, the surface refractive index and the refractive index depth profile of the waveguide have been examined. The intensity distribution of the mode field strongly depends on the refractive index depth profile, on the light coupling conditions and on the waveguide fabrication process parameters.     

Numerical Study of Air Flow Induced by Shock Impact on an Array of Perforated Plates

This study is focused on the propagation behavior and attenuation characteristics of a planar incident shock wave when propagating through an array of perforated plates. Based on a density-based coupled explicit algorithm, combined with a third-order MUSCL scheme and the Roe averaged flux difference splitting method, the Navier–Stokes equations and the realizable k-ε turbulence model equations describing the air flow are numerically solved. The evolution of the dynamic wave and ring vortex systems is effectively captured and analyzed. The influence of incident shock Mach number, perforated-plate porosity, and plate number on the propagation and attenuation of the shock wave was studied by using pressure- and entropy-based attenuation rates. The results indicate that the reflection, diffraction, transmission, and interference behaviors of the leading shock wave and the superimposed effects due to the trailing secondary shock wave are the main reasons that cause the intensity of the leading shock wave to experience a complex process consisting of attenuation, local enhancement, attenuation, enhancement, and attenuation. The reflected shock interactions with transmitted shock induced ring vortices and jets lead to the deformation and local intensification of the shock wave. The formation of nearly steady jets following the array of perforated plates is attributed to the generation of an oscillation chamber for the inside dynamic wave system between two perforated plates. The vorticity diffusion, merging and splitting of vortex cores dissipate the wave energy. Furthermore, the leading transmitted shock wave attenuates more significantly whereas the reflected shock wave from the first plate of the array attenuates less significantly as the shock Mach number increases. The increase in the porosity weakens the suppression effects on the leading shock wave while increases the attenuation rate of the reflected shock wave. The first perforated plate in the array plays a major role in the attenuation of the shock wave.     

带电粒子与静电波相互作用单粒子方程的严格解

研究了带电粒子与静电波之间的相互作用, 给出了带电粒子运动方程的严格解, 得出了粒子的速度的解析表达式, 同时推导出了带电粒子被静电波俘获的数学条件, 讨论了粒子与波能量交换的物理过程, 对现有等离子体物理的教材中相关的问题是一个补充. 本文结果对带电粒子加速器、微波管以及基础等离子体问题的研究有一定参考意义.