Author Affiliations
Abstract
1 School of Mathematics & Physics, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
2 School of Information & Electrical Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
A high performance optical sensor based on a double compound symmetric gratings (DCSGs) structure is designed. The reflection spectrum of the DCSG is investigated by utilizing a method that combines a theoretical model with the eigenmode information of the grating structure. The theoretical results, which are observed to agree well with those acquired by rigorous coupled-wave analysis, show that the linewidth of the reflection spectrum decreases upon the increasing distance between the grating strips. This research work will lay a foundation for studying high performance integrated optical sensors in miniature nanostructures.
compound gratings sensitivity sensor figure of merit Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021201
1 河北工程大学数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。
集成光学 集成光学传感器 品质因数 导模共振光栅 严格耦合波分析
河北工程大学 数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性, 结果表明：在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构, 而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响, 熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低, 而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理, 利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失, 并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明：熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率, 而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此, 在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用, 而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.
集成光学 光波导结构 离子注入 熔融石英 石英晶体 Integrated optics Waveguide Implantation Fused silica Quartz crystal
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室, 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽 合肥 230031
2 安徽理工大学理学院, 安徽 淮南 232001
3 安徽农业大学理学院, 安徽 合肥 230036
聚氯乙烯制成的一次性医疗器械在生产加工过程中, 常使用环己酮作为部件粘结剂。 由于残留的环己酮可释放到医疗器械管道和储存的溶液中, 并可能对病人产生一定的副作用, 因此, 医疗器械中环己酮的快速检测日显重要。 利用自主研制的紫外光电离-离子迁移谱装置对环己酮进行检测, 检测限为15 ppb, 检测线性动态范围达到三个数量级。 分别对三个品牌一次性输液器包装中的气体进行迁移谱测量, 获得包装内环己酮的平均浓度分别为16.78, 17.59和46.69 ppm。 该方法可以用于一次性医疗器械中环己酮等有机溶剂的快速检测, 进行医疗器械产品的质量监控。
离子迁移谱 光电离 环己酮 一次性输液器 UV-IMS Photoionization Cyclohexanone Disposable medical device
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室， 安徽 合肥230031
针对已有的液体阴极辉光放电发射光谱装置， 对放电的阴极加了一个锯齿型引流结构设计， 锯齿顶端位于毛细管顶部下方2 mm处， 在液滴刚开始长大时便触到锯齿尖端， 进而破坏液滴的表面张力， 使液体顺着引流槽流下， 从而大大改善了因阴极毛细管顶端液滴的周期性形成和坍塌造成的放电闪烁、 电流改变， 甚至放电熄灭， 此种设计可持续放电至少3小时。 利用新的结构还测定了铅、 铬、 镉、 锌、 钒、 镍、 铜、 银、 钴九种元素的线性方程， 九种元素的线性度均在0.97以上， 线性较好。 仪器对银、 铅、 铜的灵敏度最好， 三种元素的检测限分别为0.048， 0.080和0.084 mg·L-1， 对镍、 铬、 钴、 锌、 镉的检测限在0.27～1.60 mg·L-1之间， 对钒的检测限最高为10.88 mg·L-1。
液体阴极 辉光放电 金属离子检测 发射光谱 原子发射谱 Liquid electrode Glow discharge Detection of metals Optical emission spectrometry Atomic emission spectrometry 光谱学与光谱分析
2011, 31(12): 3366
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽 合肥 230031
针对离子迁移谱难分辨迁移率相近或相同的有机物,开展了气相色谱-紫外光电离-离子迁移谱联用技术的研究。 通过测量不同色谱柱温和氮载气流量条件下苯的色谱和迁移谱,对实验参数进行了优化。并对苯、甲苯,以及邻、 间、对-二甲苯等五种苯系物混合物进行了测量,获得了混合样品的色谱保留时间、迁移谱离子迁移时间与离子信号 强度的三维谱图。结果表明,同分异构体邻、间、对-二甲苯的迁移率非常接近,单一的紫外光电离-离子迁移谱无法 对它们进行分辨,通过色谱-迁移谱技术的联用,则可以实现苯、甲苯,以及邻、间、对-二甲苯混合物的有效分辨。 证明所建立的气相色谱-紫外光电离-离子迁移谱技术具有良好的分辨检测能力。
光谱学 气相色谱 紫外光电离-离子迁移谱 苯系物 同分异构体 spectroscopy gas chromatography ultraviolet photoionization-ion mobility spectrome aromatic compounds isomeric compounds
1 中国科学院安徽光机所环境光谱研究室, 安徽 合肥230031
2 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆400065
水环境中的金属残留严重威胁人类的健康安全, 急需快速、 高效的金属残留检测技术。 文章报道了自行建立的大气压电解液阴极辉光放电发射光谱装置。 利用待测液体作为放电阴极进行大气压辉光放电实现了水体中金属离子的痕量检测。 对配制的标准样品进行了定量测量, 基于背景发射光谱的3σ计算, 获得了大气压电解液阴极辉光放电光谱装置对Na, Li, Cu, Pb和Mn等5种金属元素的检测限, 分别为0.008, 0.005, 1.1, 2.06和1.95 mg·L-1。 该装置在金属残留的实时在线检测领域具有应用前景。
电解液阴极 大气压 辉光放电 金属元素 发射光谱 Electrolyte cathode Atmospheric pressure Glow discharge Metal element Emission spectroscopy 光谱学与光谱分析
2010, 30(7): 1948
中国科学院 安徽光学精密机械研究所 环境光谱研究室,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
介绍了一种结构简单、制作方便的微米量级大气压等离子体射流。这种微等离子体射流由直流电源驱动,可在多种工作气体(如Ar,He,N2等)中实现大气压放电,产生高电流密度的辉光放电。为了确定微等离子射流产生的激发物种成分,测量了以Ar和N2为工作气体的等离子体发射光谱。利用发射光谱相对强度比值法测量了氩气微等离子体射流的电子激发温度。实验显示,其电子激发温度约为3 000 K,这远低于大气压等离子体炬的电子激发温度。利用N2的二正带发射光谱得到微等离子体的振动温度约为2 500 K;利用其电学参数估算电子密度在1013 cm-3量级。利用此微等离子体射流进行了普通打印纸表面处理的应用实验。结果显示,这种微等离子体射流能够明显的提高普通打印纸的亲水性。
微等离子体射流 大气压 发射光谱 Microplasma jet Atmospheric pressure Optical emission spectroscopy
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
以《大气污染物综合排放标准》(GB 16297－1996)中有机物的实时在线测量为目的，对自行研制的质子转移反应质谱(proton transfer react；ion mass spectrometry，PTR－MS)装置的参数进行了优化和测量。利用高纯N2稀释的单一有机物PTR－MS测量结果表明，在E／N=144 Td条件下，质子化的有机物离子为主要的产物离子峰，没有明显的碎片离子存在。测试了进样系统中催化转化装置的性能，给出了11种挥发性有机物的探测灵敏度和检测下限，讨论了PTR－MS的测量精度。测试结果表明，自行研制的PTR－MS能够实时在线监测《大气污染物综合排放标准》中规定的有机污染物。
化学电离 质子转移反应质谱 挥发性有机物 在线监测 大气污染物综合排放标准 chemical ionization proton transfer reaction mass spectrometry volatile organic compounds on-line monitoring integrated emission standard of air pollutants 大气与环境光学学报
2008, 3(5): 0363
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱实验室,安徽,合肥,230031
在流动余辉装置上,利用空心阴极放电产生的活性氮与CHBr3分子碰撞,在550～750 nm波长范围内观察到了较强的NBr(b→X)跃迁发射谱;同时,在反应管的下游,我们探测到了CN(A,B)的发射谱.分析认为化学发光机理是:亚稳态氮原子N(2D)与CHBr3之间的一步传能反应直接产生了NBr(b)激发态,而CN(A,B)态则来自基态原子N(4S)与CBr的反应,其中CBr是CHBr3经活性氮中的亚稳态N2(A)激发离解形成的.
光谱学 活性氮 化学发光 能量转移 spectroscopy active nitrogen chemiluminescence energy transfer
