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 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 长春重明科技有限公司, 吉林 长春 130119
为使光纤激光器在被动谐波锁模状态下实现锁模脉冲高重复频率输出，本文通过激光沉积法制备了一种基于非线性拓扑绝缘体材料碲化铋与侧面抛磨光纤相结合的可饱和吸收体锁模器件，该器件调制深度、非饱和损耗、饱和强度分别为23.96%、37.77%、31.5 MW/cm2。将其应用在掺铒光纤激光器中，通过对整个腔内色散参数的调整，以及利用材料自身良好的非线性可饱和吸收能力，成功实现了锁模自启动，其中心波长为1555.67 nm，脉冲宽度为487 fs，重复频率为47.87 MHz，信噪比为58 dB。当泵浦功率超过150 mW时出现锁模脉冲的谐波分裂，持续对泵浦功率进行微调，增加直至最高功率250 mW时，出现了11阶谐波锁模脉冲，重复频率最高达到528 MHz，此时的信噪比为41.5 dB。本文结果证明利用侧面抛磨光纤结构的倏逝场，能够辅助材料提升一定的激光抗损伤能力，便于其在基本锁模状态下进一步实现被动谐波锁模，满足锁模脉冲高重频的产生及探究，对材料在高重频超快光纤激光器中的应用具有重要意义。
二维材料 可饱和吸收体 倏逝场 超快光纤激光器 tow dimensional material saturable absorber evanescent field ultrafast fiber laser
提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器，并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成，形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配，容易激发高阶模式，被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播，然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小，模式间发生干涉，传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤，并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时，将周期性地改变周围液体的折射率，基于锥形光纤的倏逝场效应，调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。
光纤传感 光纤超声波传感器 倏逝场 微纳光纤 七芯光纤 Fiber sensor Ultrasonic fiber sensor Microfiber Seven-core fiber Evanescent field
桂林电子科技大学电子工程与自动化学院光子学研究中心, 广西 桂林 541004
设计了一种具有鸟喙形的环形芯光纤光镊结构,并通过理论仿真进行研究。应用有限元法仿真光镊的光场强度分布,并对比了不同弯曲条件下光镊的光场图,结果表明,弯曲结构显著增强了光纤侧边的倏逝场强度。采用麦克斯韦应力张量法计算光镊对粒子的捕获力,并对比锥形光纤,分析鸟喙形光纤光镊的弯曲半径与捕获力的关系,以及粒子半径与捕获力的关系。结果证实鸟喙形环形芯光纤光镊不仅可以在尖端捕获粒子,还可以在侧边捕获、运输粒子。所提出的新型光纤光镊可应用于细胞生物学辅助研究领域。
几何光学 光镊 有限元法 倏逝场 麦克斯韦应力张量法 光学学报
2021, 41(18): 1808001
1 哈尔滨工程大学 理学院 纤维集成光学教育部重点实验室, 哈尔滨 150001
2 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
回音壁模式微腔器件在现代光学中扮演着十分重要的角色，在高灵敏度传感、低阈值激光器等领域具有广泛的应用前景.然而基于回音壁模式微腔的光学系统容易受到振动、温湿度变化等外界环境干扰，这些问题为其实用化带来巨大挑战.近年来回音壁模式微腔器件的实用化问题日益受到关注，大量相关研究被报道.本文简要介绍了关于回音壁模式光学微腔器件封装和集成的最新研究进展.
集成光学 回音壁模式 光学微腔 倏逝场 生物传感 激光 Integrated optics Whispering gallery modes Microcavities Evanescent fields Biosensors Laser 光子学报
2019, 48(11): 1148008
北京工业大学激光工程研究院, 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
当空心微结构光纤纤芯的尺寸和波长相近时, 光在纤芯中的传输大大增强, 并会在纤芯周围产生很强的倏逝场。报道了一种新型的纤芯直径仅为2 μm的空气悬浮芯微结构光纤, 该光纤通过薄片堆积法拉制而成, 具有大倏逝场和微米级孔径的单元结构, 在532 nm波长处的损耗为0.16 dB/cm, 非常适合用于生化物质的传感探测。以该光纤作为传感探针, 结合激光技术搭建了一套简易的荧光光谱探测系统, 使用此系统对纳升量级的生物荧光标记材料CdTe/CdS/ZnS量子点进行荧光探测分析。利用该系统可探测荧光量子点的极限约为1 nmol/L, 相当于3.78×107个量子点, 实现了高灵敏度、快速探测。基于空气悬浮芯微结构光纤的荧光检测系统为量子点标记的生物材料的灵敏检测提供了新的方法和思路。
光纤光学 空气悬浮芯微结构光纤 倏逝场 荧光光谱 量子点 光纤生物传感器
西安石油大学 理学院 光电油气测井与检测教育部重点实验室, 西安 710065
利用光纤火焰熔融拉锥法, 制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH3)传感器.该传感器将一段长度为10 mm的保偏光纤接入普通单模光纤中, 通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33 μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理, 利用保偏光纤纤芯模与包层模相互作用实现模间干涉.外界环境中NH3浓度变化时, 细锥区倏逝场发生变化, 通过检测透射谱中波长的漂移, 实现传感器对环境中NH3浓度的测量.实验结果表明, 当NH3 浓度由8 ppm~56 ppm变化时, 透射谱向长波方向移动约5 nm, 且NH3浓度与波长漂移成二次拟合.在NH3浓度为32 ppm~56 ppm变化时, 可将NH3浓度与波长漂移近似看成线性关系, 此时传感器的灵敏度为176.08 pm/ppm.该传感器具有体积小, 制作简单, 灵敏度高等优点, 可用于不同领域的NH3传感测量.
微型光纤 马赫曾德干涉仪 氨气传感器 熔融拉锥 倏逝场 Microfiber Mach - Zehnder interferometer Ammonia sensor Fused taper Evanescent field
1 黑龙江科技大学电子与信息工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150022
2 湖北科技学院电子与信息工程学院, 湖北 咸宁 437100
3 哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
利用有限元法对影响偏芯光纤倏逝场传感灵敏度的模场特性和倏逝场特性进行了理论研究与仿真分析。利用瑞利散射机理对偏心光纤倏逝场的分布式传感长度进行了理论计算。研究结果表明，若要在倏逝场传感中获得较高的传感灵敏度，其偏心距离的设计范围为8～10 μm；光纤涂层的折射率应尽量减小；估算偏心光纤倏逝场传感长度大约在16～160 m。
集成光学 偏心光纤 倏逝场 灵敏度 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 071301
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
3 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
近场光镊是基于近场光学理论建立起来的可以对微粒实现稳定捕获和操作的新技术，相较基于单光束梯度力的传统远场光镊，近场光镊克服了光学分辨率衍射极限和热效应等众多因素的限制，可以实现对纳米量级微小粒子的捕获和操控，在物理学、细胞工程、生物医学等领域备受关注。首先阐述了基于倏逝场近场光镊的模型和捕获的基本原理，详述了棱镜全反射光镊、探针型光镊、纳米孔径光镊、聚焦倏逝场光镊、微纳光纤光镊、以及微谐振腔耦合结构型近场光镊的研究进展。最后，重点介绍了光镊在生物医学领域的应用。
近场捕获 倏逝场 近场光镊 梯度力 near-field trapping evanescent field near-field optical tweezers gradient force
