1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230039
研究了批量制备的锥形光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针的定量检测性能。在统一的制备条件下，基于静电吸附自组装方法批量制备的同一批次锥形光纤探针具有良好的互换性。基于相同检测条件，在同一福美双样品浓度下测得SERS光谱幅度的相对标准偏差（RSD）可达8%以下。不同批次的光纤探针存在互换性退化问题，难以满足实际定量检测应用对光纤探针数目的要求。为了解决该问题，提出并演示了一种将不同批次光纤探针的光谱数据同化至同批次光纤探针测量结果的同化方法。通过对同化后的大样本光谱数据进行统计平均和数据拟合，获得了福美双样品在2×10-8~10-6 mol/L浓度范围内的SERS定量关系曲线，福美双加标样品的测试回收率可达90%~110%。该研究结果对于实际SERS定量检测具有参考意义。
光纤光学 表面增强拉曼散射 锥形光纤探针 批量制备 定量检测 静电吸附自组装法 福美双
齐鲁工业大学（山东省科学院） 激光研究所,济南 250104
针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。
光纤传感 光纤探针 三相流 相含率 optical sensing and sensors optical fiber probe three-phase flow phase holdup
山东省激光偏光技术重点实验室, 曲阜师范大学, 山东 曲阜 273165
研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针, 并对探针的SERS性能进行检测。 探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。 结果表明, 将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导, 在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。 金纳米棒溶液的浓度、 激光功率、 诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。 实验利用功率为5 mW的激光进行诱导, 在1.5×10-9, 1.0×10-9和7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液中, 经5 min沉积, 制备出不同图案的光纤SERS探针。 采用晶种法合成金纳米棒, 用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌, 并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。 用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌, 7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 金纳米棒在光纤端面分布较为分散, 而1.5×10-9和1.0×10-9 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。 以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子, 通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测; 为了方便比较, 选取了拉曼频移1 079.972 cm-1处的拉曼强度作图, 结果表明, 金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时, 经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。 采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布, 进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时制备的光纤探针性能较好的原因。 为了检验光纤探针的重复性, 将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时, 使4-ATP充分溶解在酒精中, 15天后, 再次检测光纤探针的SERS检测性能, 得到与之前检测同样的光谱图, 证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。 激光诱导制备光纤探针具有操作简单、 成本低廉、 探针制备时间短等优点, 能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、 批量制备。
金纳米棒 激光诱导 光纤探针 Gold nanorods Laser induction FDTD Fiber probe FDTD 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3454
上海大学通信与信息工程学院，特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
高精度的单细胞温度分布检测对于研究生命活动具有重要意义。为了实现高空间分辨率、高温度灵敏度的细胞测温，本研究团队基于原子力显微镜的扫描成像原理，将对温度敏感的量子点与音叉驱动的近场光纤探针相结合，提出了一种无损伤测量活细胞表面温度分布的方法；并以人脑星形胶质母细胞瘤细胞为研究对象，利用该方法检测了吞金纳米颗粒的固定细胞和未内吞金纳米颗粒的活细胞的温度分布。结果表明：在无金纳米颗粒作为附加热源的情况下，由活细胞内部产热引起的细胞表面最大温差超过0.5 ℃，而细胞与其外部环境间的温差大于2.5 ℃。所提活细胞无损测温方法的空间分辨率小于0.2 μm，温度分辨率为0.16 nm/℃，为活细胞温度分布成像提供了新思路。
生物光学 光纤传感器 近场光纤探针 量子点 测温 活细胞
燕山大学信息科学与工程学院, 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种基于银修饰的微腔型光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针, 采用湿法检测, 将光纤SERS探针直接放入待测溶液中, 以罗丹明6G(R6G)溶液为探针分子, 对所制备的光纤SERS探针进行远端实验性能研究。 利用氢氟酸化学腐蚀的方法制备了一种微腔型光纤结构, 通过控制氢氟酸的腐蚀时间得到了一系列不同腐蚀时间、 不同微腔长度的光纤结构。 实验研究了光纤结构的微腔长度对光纤SERS探针性能的影响, 以浓度为10-3 mol·L-1的R6G溶液为探针分子, 通过不断地优化纳米银溶胶与R6G溶液的混合顺序及比例, 采用裸光纤微腔结构对混合溶液进行拉曼检测, 发现当混合溶液的混合顺序及比例为先后混合等体积的纳米银溶胶和R6G溶液时, 此时得到的混合溶液的拉曼信号增强性能最佳。 利用得到的混合溶液去寻找拉曼信号增强效果最高时光纤微腔结构的结构参数, 实验结果表明, 在相同的实验条件下, 当光纤放入氢氟酸中腐蚀时间为5 min时, 此时光纤微腔结构的拉曼信号增强效果最佳。 在显微镜下测量的多组腐蚀时间为5 min的光纤, 其微腔长度平均约为81 μm。 对得到的光纤微腔结构, 采用制备过程可控的磁控溅射技术制备了一系列银纳米薄膜/多模光纤(Ag/MMF)的复合材料。 当磁控溅射时间为10 min时, 获得了光纤SERS探针(Ag/MMF-10)。 实验以去离子水配制了不同浓度的R6G溶液, 以不同浓度的R6G溶液为探针分子, Ag/MMF-10探针的远端检测限(LOD)低至10-7 mol·L-1。 该光纤SERS探针拉曼信号的再现性光谱检测中显示各个特征峰的相对标准偏差(RSD)均小于10%。 同时, 该光纤SERS探针对浓度为10-6 mol·L-1的R6G溶液的增强因子(AEF)可高达2.64×106。 实验结果表明所制备的银修饰的光纤SERS基底具有较高的灵敏度和良好的再现性。 因此, 该光纤SERS探针在生物医学检测、 农残化学分析等痕量检测方面有潜在的应用价值。
光纤光学 光纤探针 表面增强拉曼散射 磁控溅射法 罗丹明6G Fiber optics Fiber probes Surface enhanced Raman scattering Magnetron sputtering Rhodamine 6G 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2800
齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院激光研究所, 济南 250000
针对油气井下油气水三相流的持气率测量, 设计开发了一种高可靠性的光纤探针。探针敏感探头采用锥形蓝宝石结构, 蓝宝石敏感探头与过渡管, 以及过渡管与保护套管间均采用金基焊料焊接密封。对研制的光纤探针进行了可靠性实验和油气水三相流持气率测试, 结果表明, 该光纤探针可以承受高温(150℃)、高压(100MPa)环境, 具有较高可靠性。管柱内的油气水三相流呈段塞流型, 持气率为46%。该研究验证了光纤探针应用于油气井持气率测量的可行性, 为后续的工程应用推广提供了理论依据和实际指导。
光纤探针 持气率 三相流 油气井 optical fiber probe void fraction three-phase flow oil and gas wells
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
2 重庆光电技术研究所, 重庆 南坪 400060
荧光光谱分析是一种重要的测试手段。近年来,基于光纤探针的荧光测试技术成为研究热点,这种方法具有高效、微观、实时、原位、体积小易集成等优势。简要综述荧光分析原理、光纤探针中激光发射与荧光收集的空间传导理论,以及光纤荧光探针的典型结构与制备,总结了应用于生物、环境和食品安全领域的研究状况。最后,对光纤荧光探针的发展趋势进行了展望。
激光光学 光纤探针 荧光 传导理论 探针结构 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 010003
暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 511443
以光纤通信为代表的光纤科学与技术的发展取得了辉煌成就, 以光纤传感为代表的光纤科学与技术的研究已延伸到社会发展和人们生活的各个方面, 以光纤为基础的各种新型微纳结构光子器件不断被设计和制作成功, 新的应用领域和潜力不断被挖掘。将微纳光纤探针应用到光镊领域, 不仅可以操控数量庞大的微粒, 还可以精确操控单个微粒, 这在微粒组装、筛选等领域有重要应用。将光纤探针应用到生物细胞的操控中, 能给研究细胞之间的相互作用提供新思路。
光纤探针 微粒 光捕获 光学操控 生物细胞 fiber probers microparticle optical trapping optical manipulation biological cells
解放军理工大学气象海洋学院, 江苏 南京 211101
在分析比较传统光纤探针研制工艺特点的基础上认为其不适用于蓝宝石光纤,因此提出了基于研磨抛光系统的光纤探针制备工艺。介绍了研磨系统的组成及运作方式,阐述了光纤探针制备过程中研磨抛光与固化的主要流程。最后使用光学仿真软件Zemax进行了光纤探针传输效率的仿真测试,仿真结果表明采用940 nm波段光源及“面对面”探头安置方式时光纤探针传输效率最高。可应用于蓝宝石光纤探针传感器系统的搭建。
光纤探针 制备工艺 研磨法 Zemax光学仿真 传光测试 optical fiber probe preparation technology grinding and polishing technology optical simulation made by Zemax light transmitting test
