Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optical Engineering, School of Opto-Electronic Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
2 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Centre for Integrated Optoelectronics, Department of Optical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Jinan GK Medtech Science and Technology Development Co., Ltd., Jinan 250000, China
Based on the Vernier effect of the cascaded double ring resonator (CDRR) sensor, a sensor consisting of a microfluidic control system, a sensing ring, and a reference ring with a micro-heater for thermal tuning is proposed in this paper. In wavelength interrogation, a broadband spectrometer or a large tunable range laser is not required. The shift of the output spectrum caused by the refractive index change of the sample is converted into the change of the electric power by the thermal tuning heater. Due to the Vernier effect, the sensitivity of the sensor is 20 times higher than that of the single ring. The spectral envelope of the thermal-optic tuning of the sensor was fitted by a Gaussian function in the wavelength range of 8 nm. The experimental results showed that the sensitivity was 33.703 W/RIU, and the limit of detection was .
cascaded double ring optical resonators Vernier effect thermal-optic effect Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011301
齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院生物研究所 山东省生物传感器重点实验室, 山东 济南 250103
长周期光纤光栅是对周围环境比较敏感的一种无源光学器件, 由于其具有无后向反射、对折射率灵敏度高、体积小、易于集成化、不受电磁干扰、耐酸碱腐蚀、不需要参比电极等诸多特点, 在折射率传感领域备受关注。自从2000年Bentley研究组第一次将长周期光纤光栅用于抗原的检测以来, 经过十余年的发展, 长周期光栅在生物物质的检测方面取得了很大的进展, 已被用于抗原抗体、细菌病毒、蛋白质、DNA、酶及核酸等诸多生物物质的检测。本文对长周期光纤光栅近年来在生物传感领域的研究进展和应用进行了总结和评述, 并对长周期光纤光栅在生物物质检测方面的未来发展趋势做了展望。
长周期光栅 生物技术 检测 传感器 进展 long period fiber grating biotechnology detection sensor progress
1 山东省科学院 生物研究所, 山东省生物传感器重点实验室, 山东 济南250014
2 中国科学技术大学, 工程科学学院精密机械与仪器系, 合肥 安徽 230027
3 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 中科院生物医学检验技术重点实验室, 江苏 苏州 215163
本文设计了一种单端面长周期光栅透射模式折射率传感器。首先, 将2×2单模光纤耦合器输入端的一个光纤接头与光源相连接、输出端的两个光纤接头分别与光谱分析仪和长周期光栅的一个光纤接头相连接。然后, 在包含长周期光栅的光纤另一个端面溅射反射银膜。最后, 以一系列不同折射率的甘油水溶液为待测液体介质研究了直接透射模式与单端面镀银膜模式下长周期光栅的响应光谱的异同。实验结果表明: 单端面镀银膜的长周期光栅的响应光谱仍然以透射谱的形式出现。对于同一种液体, 单端面镀银膜的长周期光栅与直接透射模式的长周期光栅的响应光谱有着近乎相同的谐振波长值, 但它们的光损耗存在一定的差异。在0~80%的甘油溶液中, 直接透射模式下的光损耗从-1292 dB变为-1628 dB, 再逐渐变到-1322 dB; 单端面镀银膜模式下的光损耗从-1313 dB变为-1374 dB, 再逐渐变到-1145 dB。与直接透射模式相比, 单端面镀银膜的长周期光栅的相对光损耗与甘油浓度的线性关系更加良好。本研究设计的长周期光栅测量系统采用单端面探头的方式检测环境介质, 因而在测量中操作更加灵活方便, 非常适合于远距离、恶劣环境或深层液体环境中的折射率测量。
光纤 长周期光栅 折射率 银膜 单端面 optical fiber long period fiber grating refractive index silver film single end face
1 山东省科学院生物研究所 山东省生物传感器重点实验室, 山东 济南250014
2 中国科学技术大学工程科学学院 精密机械与仪器系, 安徽 合肥230027
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春130033
4 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 中科院生物医学检验技术重点实验室, 江苏 苏州215163
为了实现长周期光栅透射谱测量模式的远距离监测, 设计了单端面镀反射膜的测量装置系统, 对单端面镀银膜长周期光栅的传感原理做了分析,并从实验的角度分别对单端面镀银膜模式系统和直接透射模式系统的长周期光栅在不同折射率的环境介质中的响应进行了研究, 比较了它们的异同。首先, 采用2×2单模光纤耦合器分别连接光谱分析仪、光源、长周期光栅。然后, 在包含长周期光栅的光纤的另一个端面制备反射银膜。最后, 通过测量一系列不同折射率的环境介质, 比较了直接透射模式与单端面镀银膜模式下的长周期光栅的响应光谱。实验结果表明: 采用波长解调表达时, 对于同一种环境介质, 两种模式下长周期光栅的响应光谱的谐振波长基本相同; 采用功率/峰值解调表达时, 随着甘油浓度从水变为80%的甘油溶液, 直接透射模式下的光损耗从-6.05 dB变为-9.22 dB, 单端面镀银膜模式下的光损耗从-8.03 dB变为-11.33 dB。与直接透射模式相比, 单端面镀银膜的长周期光栅光谱中的相对光损耗明显增加, 谐振峰更尖锐, 更有利于谐振波长和谐振峰光损耗值的识别。本研究设计的单端面镀银膜的长周期光栅测量系统不仅保留了长周期光栅透射谱的感应模式, 而且使长周期光栅在对环境介质的测量中操作更加灵活方便, 尤其是在远距离、恶劣环境或深层液体的折射率测量中具有独特的优势。
光纤 长周期光栅 折射率 银膜 单端面 optical fiber long period fiber grating refractive index silver film single end face
1 吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春130012
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州215163
3 山东省科学院生物研究所 山东省生物传感器重点实验室, 山东 济南250014
4 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
开发一种新型TiO2纳米线阵列干涉传感器。首先, 通过水热合成法在FTO导电玻璃表面制备了TiO2纳米线阵列薄膜。然后, 以此复合结构作为传感芯片, 利用Kretschmann 棱镜耦合结构, 构建了基于Kretschmann结构的波长调制型薄膜干涉传感器。最后, 以氯化钠水溶液为待测液体介质研究了该传感器对环境介质折射率的灵敏性能。结果表明: 该传感器对1333 5～1360 4范围内的折射率有很好的响应。TM模式下, 在0～3%与3～15%浓度范围内, 氯化钠浓度与该传感器的反射光强度分别呈现了良好的线性关系。TE模式下, 在0～3%浓度范围内, 氯化钠浓度与吸收强度存在良好的线性关系, 而波长基本不变; 而在3～15%浓度范围内, 随着氯化钠浓度的增加, 波长逐渐红移, 氯化钠浓度与波长也具有良好的线性关系。
薄膜干涉传感器 TiO2纳米线 Kretschmann结构 折射率 interferometric sensor TiO2 nanowire Kretschmann structure refractive index
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 山东省科学院 生物研究所 山东省生物传感器重点实验室，山东 济南 250014
3 吉林大学 材料科学与工程学院 教育部汽车材料重点实验室，吉林 长春 130025
总结了纳米薄膜修饰的长周期光纤光栅在折射率生物传感器方面的研究进展，重点介绍了纳米薄膜对长周期光纤光栅折射率传感性能的影响，详细阐述了覆膜长周期光纤光栅在生化分析检测领域的应用，并对其在折射率传感方面的应用前景作了展望。
长周期光纤光栅 纳米薄膜 生物传感器 生化分析检测 long period fiber grating nanofilms biosensor biological and chemical analysis
1 山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
2 兖矿集团有限公司博士后工作站, 山东 邹城273500
3 山东省科学院生物研究所, 山东 济南250014
采用层层组装和化学共价交联的方法对光纤Fabry-Perot (F-P)干涉传感器的端面进行了纳米聚电介质覆膜修饰, 并实验研究了覆膜后传感器的折射率响应光谱特性。 选择聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）为纳米覆膜材料, 随着覆膜层数的增加, 光纤F-P传感器的反射谱对比度呈现由高到低, 再到高的规律, 且反射谱对比度具有良好的温度稳定性。 选取覆膜层数为20双层的光纤F-P传感器对一系列浓度的蔗糖和无机溶液进行了折射率光谱响应测试, 实验测得折射率检测拐点由1.457延伸至1.4623, 对低折射率物质的折射率灵敏度为24.53 dB·RI-1, 对高折射率物质的折射率灵敏度为3.60 dB·RI-1, 且均具有良好的线性。 研究结果为光纤F-P传感器对低折射率物质的功能化检测提供了新方法。
光纤F-P传感器 折射率 聚电解质多层膜 自组装 生物传感器 Optical fiber F-P sensor Refractive index Polyelectrolyte multilayer Self-assembly Biological sensor
