基于多模干涉的反射式光纤生物传感器的研究

研制了一种基于无芯光纤多模干涉（MMI）的反射式光纤生物传感器,实现了对溶液折射率的定量检测以及对于羊抗兔IgG和兔IgG抗体反应的定性检测。实验表明,传感器输出光谱的特征波长随折射率的增大而增大,在折射率小于1．4时特征波长与折射率近似成线性;折射率高于1．4时灵敏度显著提高,折射率传感分辨率可达10^-6量级。传感...     

渐变折射率多模光纤中的多模干涉应用研究

论述了SMS(单模-多模-单模)光纤结构的多模干涉基本理论,利用FD-BPM(有限差分光束传播法)对渐变折射率多模光纤和阶跃折射率多模光纤进行数值模拟,将自聚焦位置、激发模式等特征进行对比,给出渐变折射率多模光纤的优点。利用自聚焦效应,对渐变折射率多模光纤的聚焦和发散作用进行了理论分析,以较短的长度充当透镜的功能,并总结了现阶段的主要应用。     

基于多模干涉的光纤温度传感器的BPM模拟与实验研究

针对多模干涉的光纤传感器,应用柱坐标下广角光束传播法(WA-BPM)建立了其内部光场的计算模型,研究其干涉场的分布及变化规律.以基于多模干涉的光纤温度传感器为例,分析了外界温度的改变对透射谱和特征波长的影响,并进行了温度传感测试实验.模型分析所得该温度传感器的灵敏度为12.13 pm/℃,与实验得到的11.87 pm/℃基本一致.该BPM模型可以很方便地获取传感器的透射光谱,从而更便于研究波长解调方法和技术.     

基于侧边抛磨多模光纤的高灵敏度折射率传感器

提出一种可于生物传感的侧边抛磨多模光纤(SPMMF)折射率传感器。针对1.300~1.430折射率范围传感特性,研究了纤芯直径50.0、62.5和105.0μm的多模光纤(MMF)侧边抛磨不同深度时SPMMF折射率传感器的光谱特性和光功率传输特性。结果表明,在1.300~1.430折射率范围内,光纤纤芯直径和剩余半径(抛磨面到纤芯中心的距离)越小,传感器灵敏度越高;纤芯直径为50.0μm、剩余半径为0μm时,可以获得最高达42.23dB/RIU的灵敏度,最小分辨率为2.37×10-5RIU;纤芯直径为105.0μm、剩余半径30μm时,SPMMF折射率传感器仍有10-5 RIU量级的分辨率。     

高灵敏度多模干涉-异质无芯光纤折射率传感器

基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。     

基于多模干涉和长周期光纤光栅的温度及折射率同时测量

基于多模干涉理论和长周期光纤光栅(LPFG)的传感特性,提出了一种单模-多模-单模(SMS)结构与LPFG级联的光纤传感器,实现了温度和折射率的同时测量。实验结果表明,SMS结构的干涉谱和LPFG对温度和折射率具有不同响应灵敏度,其温度灵敏度分别为0.017nm/℃和0.060nm/℃;SMS结构对折射率不敏感,而LPFG的折射率灵敏度为-35.60nm/RIU(RIU为折射率单位)。因此利用敏感矩阵,实现对温度和折射率的同时测量,得到温度和折射率的最大测量误差分别为±0.59℃和±0.0013。该结构灵敏度高、结构简单,且不易受电磁等干扰。实验结果具有良好的线性度,在生物化学领域应用前景良好。     

基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。     

基于空芯光子晶体光纤的F-P干涉式折射率计

提出了一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)的Fabry-Perot(F-P)干涉式高灵敏度折射率计。利用被测液体进入F-P腔后可改变腔内介质的折射率,从而使得干涉光光程差发生变化这一特点,通过检测光程差的变化就可实现对液体折射率的测量。实验结果表明,对折射率在1.3340～1.3612内变化的不同浓度酒精溶液测量时,光程差变化了9.508μm,其折射率测量灵敏度可达187μm/RI     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

一种基于双模干涉的光纤折射率传感器

为实现高灵敏度的折射率测量,设计了一种基于双模干涉的光纤折射率传感器,该传感器为单模-多模-单模光纤(SMS)结构,其中单模光纤和多模光纤具有相同的直径和纤芯折射率。剥去多模光纤的包层,将其置于待测环境中,多模光纤中激发出的两个模式之间会发生干涉,当待测环境折射率发生变化时,干涉谱中的波谷会发生移动,可根据光谱中波谷的移动量来实现对折射率的测量。利用FDTD Solutions软件进行仿真模拟,得到不同折射率下的干涉谱,结果表明,位于1517.32nm的干涉谷对折射率的敏感度为1848.2nm/RIU,最小分辨率误差仅为2.74×10-5RIU。该传感器较传统光纤传感器而言,结构简单,有着高灵敏度、低分辨率误差等优点,应用前景广阔。     

基于单模-无芯-单模结构的光纤折射率传感器

提出了一种基于光纤单模-无芯-单模结构的光纤 折射率传感器。当外界折射率(SRI,surrounding refractive index)小于无芯光纤(NCF,no-core fiber)折射率,并且二者十分接 近的情况下,NCF 可以看作是具有阶跃折射率分布的弱导多模光纤(MMF),这样便构成了传统的单模-多模- 单模(SMS,single-mode multimode single-mode)光纤结构。利用线偏振模近似的方法理论分析了基于这种光 纤结构的折射 率传感器的模式激发特性以及输出特性,进而进行了相应的数值仿真及实验验证,结果表明 ,数值仿真与实验 结果均与理论分析结果相一致。在1.3～1.4的折射率范围内,实验测得传感器灵敏度达到 205.42nm/RIU。     

空芯光纤多模干涉型光纤液位传感技术研究

为了测量液位高度变化,采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法,研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化,进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验,研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响,并分析了实验误差。结果表明,该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时,液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。     

高斯切趾光纤Bragg光栅折射率传感器特性研究

基于3层结构和双层结构光纤波导理论,对不同腐蚀深度的高斯切趾光纤Bragg光栅(H3G)的基模谐振波长与外部介质折射率(SRI)间的关系进行理论仿真,并通过实验研究其谐振波长、3 dB带宽及反射峰强度对SRI的响应特性.实验表明,随着SRI逐渐增大,基模谐振波长向长波方向的移动幅度越来越大,与仿真结果基本吻合;3 dB...     

基于弯曲光纤的折射率传感器研究

以标准单模光纤(SMF)在弯曲后出现的模间干涉为 基础,设计了一种新型的折射率光纤传感器,并分 别对环境折射率和温度进行了实验探究。光纤折射率传感器制作工艺简单,传感区域由一根 具有特定弯曲 半径的半圆形标准SMF构成。选取1510590nm波段为监测范围,选取裸光纤弯曲半径R=4.5mm; 在常温下,通过改变传感区周边环境折射率从1.328增长到1.372,得出两个干涉共振峰的 折射率灵敏度 分别为147.602和125.459nm/RIU。当环境温 度从23到33℃增长时,两峰的温度灵敏度 分别为－280pm/℃;而在低于23℃的情况下,温度的变化对传感器没有明显的影响,可以实现 温度不敏感的折射率测量。本文传感器制作方法简易、架构简单和灵敏度高,可适用于生化 检测、环境检测等领域。     

基于腐蚀型多模光纤的干涉型传感器实现温度和液位同时测量

提出了一种新颖的基于腐蚀型多模光纤(MMF)级联 的干涉型光纤传感器。在芯径为50μm的MMF1左侧熔接一段被腐蚀的芯径为105μm的大芯径MMF2构成传感区域。 实验中,MMF2的包 层采用HF溶液腐蚀的方法去除。由于纤芯失配,两段MMF内部均产生多种纤 芯模式,它们 之间相互干涉,随之产生一系列具有不同灵敏特性的干涉峰。利用干涉谱中不同波谷对温度 和液位的灵敏 度差异,实现对温度和液位的同时测量。测得3个波谷的温度灵敏度分别为0.066nm/℃、0.139nm/℃和 0.031nm/℃;通过对水和盐水的液位进行实验对比发现,传感器对盐水的液 位灵敏度较高,测得液位灵敏 度最高可达－1.251nm/mm。实验表明,本文传感系统成本低、结构 简单,可用于温度和液位的同时测量,在石油开采、生物制药等方面具有潜在的应用价值。     

基于多模态双偏置光纤的折射率传感机理研究

提出了一种基于双偏置结构光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的超高灵敏度折射率传感器,理论分析了偏置型MZI的干涉机理。通过光束传播法(beam propagation method, BPM)模拟分析了多模态偏置光纤的折射率传感特性、以及在不同偏置长度和折射率范围内折射率灵敏度的变化,对比了单偏置与双偏置的传感特性。仿真结果表明,在折射率为1.333 0—1.334 0的范围内,单偏置MZI的折射率灵敏度为-5 557 nm/RIU,而双偏置MZI的折射率灵敏度为-14 071 nm/RIU,该结果为实现高灵敏度液体折射率测量提供了重要理论依据。该传感器结构紧凑,整体长度只有1 200μm,在液体折射率测量领域具有重要的应用价值。     

基于保偏光纤和LPFG的Sagnac环温度及环境折射率双参量光纤传感器研究

报导了一种基于级联保偏光纤(PMF)和长周期 光纤光栅(LPFG)的Sagnac环温度和环境折射率双参 量传感器。在Sagnac干涉环内级联PMF和LPFG,LPFG的双折射效应使得Sagnac干涉的相位差 受环境折射率调 制。所提出的双参量传感器的透射光谱中,由LPFG形成的透射峰和Sagnac干涉形成的干涉峰 对温度和环境折射 率各自具有不同的灵敏度,通过对两者特征峰波长漂移量的测量就可实现对温度和环境折射 率的同时传感。实验上 搭建了温度和环境折射率双参量测试装置,采用波长解调方法,受光源功率波动的影响小, 温度灵敏度为1.2nm/℃; 环境折射率灵敏度为15nm/RIU。该双参量传感方案解决了温度和环 境折射率的交叉敏感问题,结构简单,采用金 属板凹槽结构进行封装有效地保护了LPFG,在生物传感和化学传感等领域具有广阔的应用前 景。