Author Affiliations
Abstract
1 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications in Universities of Shandong School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
2 Shandong Key Laboratory of Medical Physics and Image Processing & Shandong Provincial Engineering and Technical Center of Light Manipulations, Jinan 250014, China
3 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
4 Shandong Key Laboratory of Biophysics, Institute of Biophysics, Dezhou University, Dezhou 253023, China
5 e-mail: yuewei@sdnu.edu.cn
6 e-mail: jiang_sz@126.com
In the present study, an optical fiber surface plasmon resonance (SPR) biosensor was developed for measuring time- and concentration-dependent DNA hybridization kinetics. Its design complies with a 3D multilayer composite hyperbolic metamaterial (HMM), a graphene film, and a D-shaped plastic optical fiber. According to the numerical simulation and the experimental demonstration, the SPR peak of the designed biosensor can be effectively altered in the range of visible to near-infrared by varying the HMM structure. The sensitivity of the appliance was shown to achieve a value of up to 4461 nm/RIU, allowing its applicability for bulk refractive index sensing. Furthermore, a biosensor designed in this work displayed high-resolution capability (ranging from 10 pM to 100 nM), good linearity, and high repeatability along with a detection limit down to 10 pM, thus suggesting a vast potential for medical diagnostics and clinical applications.
Photonics Research
2021, 9(3): 03000379
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
建立一种能够快速、定量检测掺假普洱茶中香豆素、香兰素、乙基麦芽酚三种常见香精的方法。利用傅里叶变换近红外光谱技术结合偏最小二乘法对香精掺假普洱茶进行定量分析。分别建立三种掺假香精成分的定量分析模型,并对比基于不同预处理方法和未经光谱预处理的定量分析模型的预测能力。结果表明:结合不同光谱预处理方法实现的针对香豆素、香兰素和乙基麦芽酚三种香精的预测均方根误差分别为0.1461,0.1678,0.1800,预测决定系数分别为0.7989,0.7350,0.6938,三种香精的检测限为0.2 mg/g。近红外光谱技术结合偏最小二乘定量分析方法可以实现掺假普洱茶中三种香精成分的快速检测分析。
光谱学 近红外光谱技术 香精 普洱茶 偏最小二乘 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 233005
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)是用于实现自混合干涉的半导体激光器。利用自混合干涉效应,实验测量了THz-QCL频谱、线宽增强因子以及反馈光耦合系数。搭建了THz-QCL自混合干涉光路,基于THz-QCL驱动电压,获得了具有高信噪比的自混合干涉信号及其随反馈光光程变化的曲线。通过对自混合干涉信号进行解析,准确获得了THz-QCL在不同工作电流和温度下的激射频谱,频谱的分辨率反比于反馈光光程的变化。基于自混合干涉信号,分析得到了THz-QCL的线宽增强因子以及反馈光耦合系数。所实现的自混合干涉测量技术有望发展为物质的太赫兹频谱识别和测量技术。
激光器 太赫兹量子级联激光器 自混合干涉 频谱测量 线宽增强因子 光学学报
2020, 40(11): 1114003
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
2 山东航天电子技术研究所, 山东 烟台 264670
3 山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
4 山东大学苏州研究院, 江苏 苏州 215123
研究高斯光束经螺旋相位板和轴棱锥产生高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的离轴传输情况,对于离轴高阶贝塞尔-高斯光束的成因、 光强分布操控、光斑定位等实际应用具有一定的理论指导意义。利用菲涅尔衍射积分的卷积算法(Triple fast Fourier transform, T-FFT)对离轴高阶贝塞尔-高斯涡旋光束进行仿真分析,着重研究了螺旋相位板和轴棱锥的错位参数、拓扑荷数 以及传输距离等参数对光束带来的影响。分析表明:离轴高阶贝塞尔-高斯光束具有不均匀的光强分布,由于轴棱锥的偏移, 光束会整体发生偏移,传输不同距离光强不均匀分布情况不同,不同的拓扑荷数只影响光斑的扩展,螺旋相位板和轴棱锥离 轴参量值的多种组合会导致多种不同的光强分布情况,甚至出现暗核偏移。
涡旋光束 光强分布 螺旋相位板 拓扑荷数 vortex beam distribution of field density spiral phase plate topological charge number 大气与环境光学学报
2019, 14(6): 401
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
2 山东大学苏州研究院, 江苏 苏州 215123
对单模光纤中的孤子自频移效应进行了数值仿真和实验研究, 分析和验证了光纤和孤子脉冲的各种参数对孤子自频移的影响。利用分步傅里叶方法进行数值仿真, 发现孤子频移量随孤子脉冲峰值功率与光纤非线性系数的增加而增加, 随孤子脉冲宽度以及光纤色散的增加而减小。对2 km单模光纤中的孤子自频移效应进行实验研究, 通过调节孤子峰值功率实现了5.44~26.64 nm的连续可调谐移频, 所得结果与数值仿真结果一致。研究表明, 通过灵活调节孤子脉冲和光纤的各个参数, 可以有效地调节孤子频移量, 这为孤子自频移的多种实际应用提供了指导。
非线性光学 光孤子 孤子自频移 非线性光纤光学 分步傅里叶方法 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 101902
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
2 中国电子科技集团公司第46研究所, 天津 300220
3 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构，腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制，实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率（10.2%）的保偏光纤布拉格光栅（PM-FBG）构成；由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应，通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系，其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08 nm和1070.39 nm、功率为1 W、激光信噪比为48 dB、斜率效率为34%、3 dB带宽为0.02 nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究: 单波长运转时为线偏振激光，偏振度达13.37 dB；双波长运转时为正交偏振激光。
激光器 掺镱光纤激光器 保偏光纤布拉格光栅 偏振度 斜率效率
山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
利用保偏光纤布拉格光栅（PM-FBG）和高反射率的双色镜构成激光谐振腔，以单模保偏双包层掺镱光纤为增益介质，实现了输出功率为1 W的稳定的双波长激光输出，该激光信噪比为48 dB，斜率效率为34%。利用拱梁调谐方法对输出光栅进行了拉伸和压缩调谐实验,实现的激光调谐范围为8 nm，且调谐过程中双波长的波长间隔变化很小。以格兰汤姆孙棱镜验证了该激光的偏振特性。
激光器 光纤激光器 偏振 掺镱光纤 光学学报
2013, 33(12): 1214001
Author Affiliations
Abstract
We design a D-shaped fiber optic biosensor based on the surface plasmon resonance (SPR) of a metalgraphene layer and simulate this SPR using the finite element method. Using a metal-graphene layer as the sensing material, surface plasma resonance is simulated as the refractive index of the external environment ranges from 1.33 to 1.36. Simulation results show that a metal-graphene layer attached to the D-shaped optical fiber core can couple with light under a specific polarization state and excite strong plasma oscillations on the layer surface. Calculated transmission coefficients show that the resonance wavelength obviously moves toward longer wavelengths as the refractive index of the test medium increases, and a sensitivity of 5400 nm/RIU is obtained. Because of its large surface volume ratio and good biocompatibility, graphene may be utilized in many applications in the field of biosensing.
060.0060 Fiber optics and optical communications 060.2370 Fiber optics sensors 170.0170 Medical optics and biotechnology Chinese Optics Letters
2013, 11(11): 110607
1 山东大学信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
2 山东师范大学物理与电子科学学院， 山东 济南 250014
3 山东大学控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
石墨烯材料由于其优异的电学和光学性质，在被动锁模激光器中作为可饱和吸收体，得到了广泛应用。利用化学气相沉积法高温分解甲烷在铜箔上制得单层石墨烯薄膜，并测量了石墨烯的拉曼光谱。将石墨烯薄膜转移到光纤跳线的氧化锆插芯端面上做成可饱和吸收材料。实验研究了环形腔掺铒光纤脉冲激光器的输出特性，激光器由透射率为92%的光纤布拉格光栅作为输出腔镜，获得了峰值波长为1556.7 nm，3 dB带宽为0.068 nm，重复频率为6.042 MHz，脉冲宽度为58.8 ps的脉冲序列，激光阈值为65 mW。
激光器 光纤脉冲激光器 石墨烯锁模 光纤布拉格光栅 掺铒光纤
1 山东大学 控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
2 山东大学 信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
3 德州学院 物理系， 山东 德州 253023
飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高，已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性，归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展，包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器，重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。
光纤通信技术 飞秒激光 微型光纤Fabry-Perot干涉仪 微型光纤Mach-Zehnder干涉仪 光纤传感器 optical fiber communication technology femtosecond laser (fs laser) miniature fiber Fabry-Perot interferometer (MFFPI) miniature fiber Mach-Zehnder interferometer (MFMZI fiber-optic sensor
