Author Affiliations
Abstract
1 School of New Energy, North China Electric Power University, Beijing 102206, China
2 State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
With the incorporation of noble metal materials, photonic crystal fibers (PCFs) could be performed as an effective platform for refractive index sensing of the filling analytes. Furthermore, by coating functional dielectric layers upon the metal surfaces, the resonance energy transfer is modulated from the core mode of the PCFs towards the surface plasmon resonance mode of the metals, and the sensing performance could be boosted. Here, considering that the exciton-plasmon coupling is efficient between perovskite quantum dots (QDs) and gold, a kind of CsPbBr3 QDs/Au bilayer coated triangular-lattice PCFs has been simulated numerically as the refractive index sensors. With the optimization of the QDs and gold layer thicknesses, together with the variation of the central hole size of the PCFs, in the refractive index (RI) region of 1.26 to 1.34, a rather narrow full width at half maximum (FWHM) of the loss spectra was achieved as 13.74 nm when the central hole size was 1.28 μm and the highest figure of merit was 63.79 RIU (the central hole size was 1.53 μm). This work demonstrates that the analyte identification accuracy was enhanced by FWHM narrowing of the loss spectra; in addition, taking the abundance of the material choice of perovskite QDs into consideration, more analytes could be detected effectively. Moreover, by adopting asymmetric structures, the sensitivity of the PCFs based refractive index sensors could be further improved.
Photonic crystal fibers perovskite quantum dots refractive index sensor narrow FWHM Photonic Sensors
2022, 12(3): 220309
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质，用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中，硫系玻璃具有最宽的透光范围；同时，硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数，因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而，硫系玻璃网络结构由弱化学键组成，使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值，这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下，大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾，继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述，详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程，并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明，超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。
中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
光子晶体光纤已经被广泛应用于由飞秒脉冲激光源产生超连续光谱。 当激光源的重复频率较低时, 由光子晶体光纤产生的超连续光谱随时间的变化过程较为缓慢, 通常不被注意到。 而在天文光谱仪定标等应用中, 需要使用GHz至几十GHz量级的高重复频率激光源。 此时, 可观察到光子晶体光纤的超连续光谱产生性能在有限时间内产生显著的退化。 在1 040 nm飞秒激光泵浦条件下, 通过测试三种不同气孔占空比的光子晶体光纤的超连续光谱产生性能演化, 发现超连续光谱的退化进程随光纤气孔占空比的增大而加速。 观察发生光谱退化后的光子晶体光纤样品, 发现在光纤上超连续光被产生的区段出现多个不同颜色的亮点, 呈现有方向性的光泄露现象。 针对光泄露现象, 通过测量光纤的吸收光谱线, 证实了实验中超连续光谱退化的主因并非是光纤熔融石英材料中大量非桥氧色心产生。 针对光泄露具有方向性这一特征, 提出了经由多光子吸收作用在光纤纤芯中形成长周期光栅的理论。 为探究影响光子晶体光纤超连续光谱产生性能的退化的因素, 以达到光谱退化抑制的目的, 首先通过改变了光纤的拉锥参数, 期望增强光纤熔融石英材料的光子耐受性。 实验结果证实了该方法的有效性较为有限。 其次, 从保持激光源的平均功率, 降低激光脉冲的峰值功率和保持激光脉冲的峰值功率, 降低激光源平均功率两个方面入手, 对激光源进行调制。 实验结果证明, 光纤单位时间内接受的高峰值功率脉冲总量是影响其超连续光谱产生性能的最重要因素。 在天文光谱仪定标的应用中, 对超连续光谱光功率的需求并不高, 使用斩波器降低光子晶体光纤入射光的平均功率是减缓超连续光谱产生性能退化过程的有效且简单可行的方法。
光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱产生 光谱演化 Photonic crystal fibers Femtosecond pulse lasers Supercontinuum generation Spectral evolution 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3588
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Electronic Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China
2 Department of Physics, Department of Materials Science & Engineering, and Department of Biomedical Engineering, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
Optical fibers have been widely applied to telecommunication, imaging, lasers, and sensing. Among the different types of fibers, photonic crystal fibers (PCFs), also called microstructured optical fibers, characterized by air holes arranged along the length of fibers have experienced tremendous advance due to their unique advantages. They are regarded as a desirable platform to excite surface plasmon resonance (SPR) because of easy realization of phase matching conditions between the fundamental core mode and the plasmonic mode, which plays a critical role in miniaturization and integration of SPR sensors. In this mini-review, the current status of PCF sensors based on SPR is summarized. The theory of SPR is discussed, and simulation methods for PCF-SPR sensors are described. The important parameters including the refractive index detection range, resonance wavelength, and spectral sensitivity responsible for the sensing properties of PCF-SPR sensors are reviewed. The fabrication and the comparison of performances are also illustrated, and, finally, the challenges and future perspectives are outlined.
photonic crystal fibers surface plasmon resonance refractive index sensors Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 102202
1 华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有“三明治”结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0~40 ℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa,0~40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。
光纤光学 光子晶体光纤 布里渊动态光栅 光纤传感 横向压强传感
1 山西医科大学基础医学院, 山西 太原 030001
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西大学激光光谱研究所, 山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表明:对于泵浦中心波长为1.06 μm、1.31 μm和1.55 μm的医用光子晶体光纤,在相同参数下,1.55 μm泵浦脉冲产生的带宽较宽,1.31 μm泵浦脉冲获得的纵向分辨率较小;对于1.55 μm的医用光子晶体光纤,当选取的双曲正割型泵浦脉冲峰值功率为20.5 W,脉冲宽度为2 ps时,可获得的纵向分辨率为5.0 μm,当选择峰值功率为18 W,脉冲宽度为0.5 ps时,可获得的纵向分辨率为3.7 μm;超高斯型泵浦脉冲比高斯型、双曲正割型和啁啾高斯型泵浦脉冲更易获得较宽、较平坦的超连续谱光源。
光纤光学 光子晶体光纤 泵浦脉冲参数 超连续谱 光学相干断层成像 纵向分辨率
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2mm,最高检测灵敏度可达8240.6nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。
光纤光学 光纤传感器 光子晶体光纤 表面等离子体共振 微流控芯片
1 西南科技大学 理学院, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学 计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621010
传统光纤式压力传感装置由于结构及材料的限制, 其灵敏度难以进一步提升。基于马赫-曾德尔干涉传感原理, 设计一种掺杂型双芯光子晶体光纤(DC-PCF)横向压力传感结构。根据不同掺杂材料和光纤截面结构参数对压敏特性的影响, 分析压力灵敏度与光纤结构关系, 综合模场面积, 获得高压力灵敏度DC-PCF结构。仿真结果表明: 当入射传输波长为1550 nm、双芯光子晶体长度为6 cm时, 横向压力下X偏振压力灵敏度可达37.56 nm/MPa, Y偏振压力灵敏度可达35.27 nm/MPa。相对传统光子晶体横向压力传感器, 该传感结构的压力灵敏度提高了近60倍。
双芯光子晶体光纤 横向应力 聚甲基丙烯酸甲酯 有效折射率差 dualcore photonic crystal fibers transverse stress polymethyl methacrylate effective refractive index difference
空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)因其利用中空纤芯进行光传输而被视作集成光学网络中实现在线光纤腔的理想器件。使用普通电弧熔接机直接熔接HC-800-02型HC-PBGF和780-HP型单模光纤,详细分析了多个熔接参数对熔接质量的影响。实验得到:长度约1 m的HC-PBGF构成的在线光纤腔具有低损耗特性,其总插入损耗为2.59 dB。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 光子晶体光纤 电弧熔接 熔接损耗 在线光纤腔 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170601
