天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室， 天津市光纤传感工程中心，天津 300072
提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。
光纤光学 分布式光纤传感 折射率传感 光频域反射技术 差分相位解调 拉锥光纤
天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室，天津市光纤传感工程中心，天津 300072
现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量，难以得到其空间分布信息，而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手，全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展，有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。
传感器 分布式光纤传感 准分布式光纤传感 气体传感 折射率传感 生化传感
1 南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心，天津 300350
2 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系，天津 300350
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
4 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
与金属超表面相比，全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性，从而产生两个Fano共振峰，其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态（QBIC），两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真，结果表明，传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU-1，优值（FOM）最大为9387，品质因子（Q）最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量，仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃-1和42.71 pm·℃-1。
传感器 Fano共振 全介质超表面 折射率传感 温度传感
1 西安科技大学理学院，陕西 西安 710054
2 西安科技大学安全工程与科学学院，陕西 西安 710054
连续域束缚态（BIC）已被广泛用于设计具有高品质因数（Q值）谐振的超材料中。通过在一个周期单元中设置两对高折射率裂环谐振器（SRR），设计了一种太赫兹全介质超材料。基于超晶格模式的对称性保护原理，通过改变其中两个SRR之间的距离，获得了可观测的准BIC（QBIC）模式。通过调节不对称度可以调制Q值，并且QBIC的Q值与结构的不对称度之间呈现出二次反比的关系。感应电场和磁场的空间分布以及感应电流的多极展开都表明了谐振是由电四极子的激发引起的。所提出的超材料具有较窄的谐振线宽，其灵敏度和FOM（figure of merit）分别为254.8 GHz/RIU和509.6，可以作为高灵敏度的折射率传感器。
材料 连续域束缚态 太赫兹 全介质超材料 电四极子 折射率传感 光学学报
2023, 43(23): 2316002
光子学报
2023, 52(10): 1052408
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
本文提出并研究了一种基于干涉增强型混合光波导（IE-HOW）的高灵敏折射率传感器。IE-HOW包括微纳U型光波导与微瓶腔，通过光纤熔融拉锥以及电弧放电方法制备并级联而成。基于强倏逝场效应，实现了对折射率的高灵敏传感测试。实验结果表明，当微纳U型光纤锥区直径为4.88 μm时，IE-HOW的折射率灵敏度相比于普通单个无干涉增强微纳U型光波导提高了3倍，高达8813.26 nm/RIU（灵敏度单位），线性度R2>0.9。该传感器具有灵敏度高、损耗低、结构紧凑、稳定性好等优点，在环境监测、生化检测、临床诊断等领域有着广阔的应用前景。
干涉增强型混合光波导 光纤折射率传感 倏逝场效应 高灵敏度 光学学报
2023, 43(22): 2206004
1 厦门工学院计算机科学与信息工程学院，福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
提出了一种由圆柱纳米孔阵列组成的全介质超表面折射率传感器，通过平移纳米孔引入结构单元的面内对称性破坏，非对称的介质纳米孔阵列可以实现由电四极子（EQ）激发的具有高品质因数（Q值）的准连续域束缚态（BIC）共振模式。从理论上分析了结构非对称参数与Fano共振的辐射Q值之间的关系，证明了该模式为对称保护BIC模式，并进行近场分析和多极分解，证明了EQ在共振模式中占主导作用，同时分析了结构参数对Fano共振的影响，并计算了介质折射率的光谱响应，得到结构的灵敏度可达512 nm/RIU（折射率单元）、Q值为2568.7、优质因数（FOM）为760，所提结构在近红外范围内的高灵敏生物传感器领域具有潜在的应用价值。
全介质超表面 Fano共振 连续域束缚态 折射率传感 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1928001
桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
基于法诺(Fano)共振传感特性, 提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构, 目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真, 分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征, 并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数, 最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明, 当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时, 会形成两个Fano模式共振峰: 第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×104, 灵敏度为700nm/RIU; 第二种模式的FOM达8.4×103, 灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测, 同时各个模式品质因数都很高, 这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。
耦合模理论 MIM波导 矩形腔 Fano共振 折射率传感 coupled-mode theory MIM waveguide rectangular cavity Fano resonance refractive index sensing
设计了一种带金属挡板的直波导耦合方形腔组成的表面等离子体（SPPs）波导结构。利用有限元法分析了该结构的磁场分布、Fano共振特性以及传感特性。仿真结果表明，设计的SPPs波导结构可以形成2个Fano峰，且Fano峰的位置可以通过谐振腔的结构参数进行调节。此外，该SPPs波导结构可用于折射率传感，其最高折射率灵敏度和品质因数分别为2220 nm/RIU（折射率单元）和5542。最后，利用该结构对葡萄糖溶液中葡萄糖的质量浓度进行了检测，其灵敏度为0.264 nm/（g·L-1）。所设计的SPPs波导结构在微纳传感领域有一定应用前景。
表面等离子体 法诺共振 折射率传感 浓度检测 灵敏度 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0123001
