设计了一种基于介质膜结构的空芯光纤化学发光传感器。建立了多层膜空芯光纤非子午线几何光学传输模型，对其损耗谱和发光特性进行了仿真分析，并考虑了介质膜界面粗糙度、介质膜厚度等相关参数对化学发光及传输特性的影响。改进了溶胶 -凝胶酶基敏感膜的制作工艺，提出了分离镀膜法，并对敏感膜厚度进行了实测分析。搭建了基于介质膜空芯光纤化学发光传感器的检测系统，对过氧化氢浓度进行了实际测量。结果表明，基于本传感器的系统，得到了 22.8 nW/(mmol·L-1)的灵敏度以及 3 μmol/L的检测极限。实现了近 200 h的使用寿命。且操作简单，反应快速，可小型化，可应用于环境监测，生物分析等领域。
生物传感器 多层膜空芯光纤 化学发光 酶 溶胶 -凝胶法 biosensors multi-layer hollow fiber chemiluminescence enzyme sol-gel
1 复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200433
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 中国科学院太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
基于介质/金属膜结构空芯波导的原理，制作了用于太赫兹波传输的大口径柔性介质/金属膜波导。针对大口径的特点，设计改良了液相镀膜法并制作了具有不同介质膜厚的柔韧波导。对制作波导的介质膜厚和损耗谱等进行了理论分析和实验验证。采用发射频率为2.5 THz的量子级联激光器，对介质/金属膜结构太赫兹空芯波导的传输损耗、弯曲附加损耗以及光斑能量分布特性等进行了实验研究。结果表明，传输损耗及弯曲附加损耗均随介质膜厚的增加而减小，光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式。
光纤光学 空芯波导 太赫兹 大口径柔性波导
基于食用油质量检测背景,使用内表面镀银空芯光纤作为传感腔,设计和搭建了食用油和煎炸油拉曼光谱检测系统.对系统的拉曼散射光强进行了理论建模,通过理论仿真与实验数据讨论了空芯光纤长度的优化.使用系统对常见食用油和小吃摊油进行了拉曼光谱采集与分析,引入了衡量油脂不饱和度的参数I3005/I2897.对某品牌大豆油的不饱和度参数采集实验发现,该油样不饱和度参数随煎炸时长增加明显降低.提供了一种灵敏高效的检测系统,可实现食用油和煎炸油结构分析及油脂不饱和度评估,拉曼光谱特征峰清晰尖锐,为样品的结构分析提供了有效手段,可应用于食品安全检测领域.
光纤光学 空芯光纤 拉曼光谱 油脂不饱和度 特征峰
1 上海工程技术大学高等职业技术学院, 上海 201620
2 复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200433
在金属空芯光纤（MHF）内加介质膜是降低光纤传输损耗的有效方法。采用有限元法研究了介质膜对椭圆MHF在太赫兹波段传输特性的影响。分析结果表明，介质膜的干涉效应使得光纤传输特性随频率变化具有周期性。介质膜能够改变光纤传输模式，增加截止波长和单模传输带宽，提高光纤和光源的耦合效率并降低传输损耗。然而介质膜在低损耗窗口减小了模式双折射。分析结果为光纤结构选择、设计和制作提供了重要参考。
光纤光学 太赫兹空芯光纤 介质膜 传输特性 椭圆光纤
空芯光纤已经成功用于红外波段的传能与气体传感。利用金属膜空芯光纤在可见光波段的低损耗特性，进行有色溶液测量。基于可见光光谱吸收法，设计并搭建了稳定实用的溶液浓度传感系统。从理论上对系统进行仿真计算，分析了系统的传感特性。实验测定了氯化钴溶液的浓度，结果表明系统具有响应速度快、操作便捷和灵敏度高的优点。另外,系统具有可小型化及可在线检测的特点，在环境监测、化工过程监控和医药生产等领域都有广阔的应用前景。
测量 光学测量 溶液浓度 空芯光纤 光谱吸收 传感系统
1 复旦大学 通信科学与工程系, 上海 200433
2 上海理工大学 城市建设与环境工程学院, 上海 200093
研发了红外波段吸收式气敏传感空芯光纤.空芯光纤的内面镀有银膜和介质膜, 在目标波长提高反射率从而 降低损耗.银膜和介质膜分别采用化学银镜反应法和液相镀膜法成膜.优化介质膜的材料和膜厚, 光纤在可见光到 中红外波段实现了低损耗特性.空芯光纤不仅可以用作气体传感的光吸收气室, 而且也可用作红外光的传输媒介. 初步实验结果显示这种空芯光纤可以替代普通的气体吸收气室, 实现传感系统小型化.
光波导 空芯光纤 气室 气体传感 红外吸收 optical waveguide hollow fiber gas cell gas sensing infrared absorption
介质/金属结构空芯光纤是一种有发展前景的太赫兹波传输媒质。介质膜在有效增加内面反射率从而降低传输损耗的同时,其材料吸收会引起附加损耗。讨论了介质材料吸收对太赫兹空芯光纤结构参数的影响。计算结果表明,相比于无吸收的理想介质,吸收介质的最优膜厚变小,最优折射率变大。综合考虑了光纤内直径、介质膜折射率和传输波长等因素,分析了介质膜的材料吸收容限。分析结果表明,吸收容限随光纤内直径减小或传输波长增大而减小。当光纤内直径很小或传输波长很大时,吸收容限可能不存在。分析结果对介质/金属太赫兹空芯光纤的设计和材料选择具有重要参考价值。
光波导 太赫兹空芯光纤 介质材料吸收 吸收容限
提出一种根据实验测量的损耗谱曲线,通过曲线拟合等方法获得空芯光纤中介质层薄膜材料色散性质的方法, 并使用此方法得到了数种空芯光纤中常用的介质层材料在可见光与近红外区域的色散柯西公式。将得到的介质层材料色散引入到空芯光纤传输损耗谱的理论计算中之后,相对于不考虑材料色散或者使用文献中提供的色散数据进行计算的结果,理论计算结果能更好地符合实验测量结果,从而能够在理论上更加准确地预估空芯光纤在可见光与近红外区域的低损耗窗口的位置。所获得的材料色散柯西公式对于空芯光纤的高性能化设计有重要的辅助作用。
光纤光学 材料色散 曲线拟合 空芯光纤
理论分析了金属、介质/金属结构空芯光纤在THz波段的模式结构和传输特性。金属空芯光纤支持TE11模式, 介质/金属空芯光纤的介质膜厚在取最优值时支持HE11模式。对于波长为200 μm的太赫兹波, 内径为1 mm的两种空芯光纤, TE11和HE11模式的损耗分别为8.4 dB/m和2 dB/m。为优化介质/金属结构空芯光纤的传输性能, 分析了金属和介质材料的光学常数对衰减系数的影响。基于几种已发表的金属在太赫兹波段的光学常数, 计算结果表明铝是最好的选择; 初步测量结果显示, 在各种树脂材料中聚乙烯在THz波段吸收较小, 并且其折射率接近介质膜的最优值1.41, 为太赫兹波空芯光纤中介质膜材料的理想选择。
光波导 太赫兹空芯光纤 模式结构 传输特性
