1 宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江 宁波 315211
2 宁波市食品检验检测研究院，浙江 宁波 315048
由于特级初榨橄榄油的国家标准中各项理化指标检测需要昂贵的理化分析仪器及相关专业人才，使得橄榄油市场的监管力度受到严重制约。为此，通过采集特级初榨橄榄油、精炼橄榄油及其他品种食用植物油的三维荧光光谱，提取它们各自的特征荧光峰，建立基于三维荧光特征峰区域积分比值的橄榄油品质分析算法。然后，对四个不同品牌特级初榨橄榄油、精炼橄榄油及特级初榨橄榄油掺杂体积分数10%~50%精炼油的混合油样测试，得到橄榄油品质因子动态范围为37 dB， 能够有效鉴别不同比例掺杂样品、品牌特级初榨橄榄油和伪劣特级初榨橄榄油，实验结果表明，其敏感性和特异性远优于样品的三个传统理化指标。此荧光分析法所需的荧光光谱数据量小，可以为实现橄榄油品质的低成本、快速鉴定提供新的理论依据。
光谱学 荧光光谱 特征峰提取 特征峰区域积分比 橄榄油品质分析 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1730003
宁波工程学院电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315016
为了消除折射率动态检测中环境温度漂移的干扰,提出了一种基于交替光栅和石墨烯复合结构的超材料传感器。利用时域有限差分法数值模拟了传感器结构设计参数对共振光谱的影响规律并研究了耦合机理,同时优化了设计结构。研究结果证明,复合结构传感器具有多通道和超窄线宽双重光谱特性,且近红外频段高吸收光谱是由F-P腔共振效应、磁激元共振效应和相消干涉耦合激发产生的。基于不同共振模式下折射率和温度敏感度的差异性,选择两个共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩阵方程获得的温度补偿后的折射率传感灵敏度可达358.6 nm/RIU。结果表明,所提传感器可对1~1.6 RIU超大折射率范围的样品进行实时动态监测,同时能消除温度漂移的影响,更具实用性。
传感器 时域有限差分法 交替光栅 石墨烯 折射率传感 温度补偿
高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、 化学、 光电子等领域应用的前提条件。 常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、 拉曼、 散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。 其中, 拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子, 然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子, 固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。 散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法, 从理论上讲, 由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势, 在细胞或生物组织内, 小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。 众所周知, 介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化, 进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布, 称为光热效应(photothermal effect)。 基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、 无背景散射、 原位和免标记等优点, 在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。 综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展, 首先介绍了光热效应的测量原理; 接着分别讨论了光热透镜测量技术、 微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置, 比较了各种测量技术的信噪比、 灵敏度、 分辨率等特点, 并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展; 接着, 论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、 改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果; 最后, 简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。
单粒子检测 光热显微镜 光热效应 Single particle detection Photothermal microscopy Photothermal effect
宁波工程学院电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315016
基于交替光栅和石墨烯设计了一种近红外波段电磁超材料多通道吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)数值模拟了结构设计参数对吸收光谱的影响规律,获得了最佳结构。同时探究了各通道吸收率对入射光源角度的依赖性。仿真结果表明,基于法布里-珀罗(F-P)腔共振、磁激元共振和相消干涉形成的吸收光谱主要集中在0.95~1.15 μm近红外波段。交替光栅的结构参数和介质层厚度对光谱特性影响较大,当光栅高度增大或周期减小时,腔共振模迅速右移,并伴随各干涉峰小幅度右漂,吸收率大幅改变;介质层厚度对干涉谱影响强烈,当介质层厚度达40 nm以上时,干涉谱几乎消失。各通道吸收峰对光源入射角不敏感,但当入射角在10°以上时,低端吸收率随入射角线性增大,线性拟合度高达0.9931。
表面光学 吸收器 多通道 交替光栅 石墨烯 带宽 吸收率 光学学报
2020, 40(13): 1324001
1 宁波工程学院电信学院, 浙江 宁波 315016
2 浙江大学信电系, 浙江 杭州 310007
3 上海出入境检验检疫局, 上海 200135
金属表面等离子体(surface plasmon)是金属与介质界面处传播的电荷振荡密度波。 当振荡频率与激发光频率相匹配时将产生金属表面等离子体共振, 从而能够在金属结构附近产生强烈的消光和近场增强效应, 该效应在表面等离子共振成像、 表面等离子体波导、 生物传感、 光谱增强等方面有着重要的应用前景。 本文综述了金属结构的表面等离子共振效应在增强荧光光谱方面的研究进展。 论文首先介绍了金属表面等离子体增强荧光的机理以及影响荧光增强效果的因素; 其次, 从用于荧光增强的各类金属纳米结构的角度分别综述了荧光增强研究的最新进展; 最后, 介绍了荧光增强在食品检测、 环境监测、 光学成像、 光电器件、 荧光上转换等领域的最新应用情况。
表面等离子体 金属纳米结构 荧光增强 Surface plasma Mental nano-structure Fluorescence enhancement
宁波工程学院 电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315016
利用传输矩阵法和有限元法分析了光栅周期、调制深度、锥腰直径和不同设计区段长度比等光栅制作参量和结构设计参量对双锥型光纤布喇格光栅光谱特性的影响.软件仿真结果表明: 限定相关参量后, 光栅周期增大, 双锥型光纤布喇格光栅整体反射谱右移, 与均匀分布光纤布喇格光栅光谱变化规律一致; 调制深度增强, 两主反射峰基本不变, 而两主反射峰中间的次级峰个数增多,光强增大;锥腰直径减小, 激发更多包层模, 干涉峰个数增多, 强度提升; 整根光栅长度保持1 cm不变, 锥腰区, 标准光栅区和渐变光栅区长度比直接影响次级峰的数量和幅值, 随着渐变光栅区长度占比的增大, 次级峰的幅值增大, 同时个数减少.双锥型光纤布喇格光栅可在多参量传感器、多通道滤波器、多通道半导体激光器、色散补偿和光上下载分插复用等方面广泛应用.
光纤光学 双锥型FBG 光栅周期 调制深度 锥腰直径 不同区段长度比 Fiber optics Biconical fiber Bragg grating Grating period Modulation depth Diameter of waist Different region length ratio 光子学报
2016, 45(11): 1106005
宁波工程学院电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315010
为了解决光纤光栅传感器同时测量多个参量的难题，结合锥形光纤技术和光纤光栅技术，设计了一款新型双锥形光纤光栅。采用传输矩阵法，借助二层和三层单模光纤纤芯基模有效折射率的色散方程及标量有限元法理论建模，数值分析了均匀腐蚀区直径为3 μm时双锥形光纤光栅的反射谱特性。采用氢氟酸渐变腐蚀法实验制备了双锥形光纤光栅，均匀腐蚀区直径为3 μm时，呈现12个反射峰，2个主峰和10个次峰，与理论分析结果基本吻合。同时选取其中3个反射峰测量了温度、折射率和液位，同步测量灵敏度分别为9.63 nm/℃、1975.96 nm/RIU、26.07 nm/cm。双锥形光纤光栅制作简单，作为传感器可同时测量多个参量，不但能有效降低成本，还能拓宽光纤光栅传感器的设计思路。
传感器 光纤光学 多参量测量 双锥形光纤光栅 温度 折射率 液位 中国激光
2016, 43(10): 1010005
宁波工程学院 电子与信息工程学院,浙江 宁波 315016
基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程，研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性，并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明：随着光栅半径减小，单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移，且谐振波长个数由5个减少到1个，直至最后完全消失；随着光栅外环境折射率的减小，截止半径缩短，当折射率降到1时，截止半径减为0.55 μm.
单层光纤布拉格光栅 光谱特性 谐振波长 光栅半径 环境折射率 Single layer fiber Bragg grating Spectral characteristics Resonant wavelength Grating radius Environment refractive index
宁波工程学院 电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315016
利用F7000荧光分光光度计测得橄榄油等几种食用油及其煎炸油的三维荧光光谱,并用提高峰值阈值等算法进行分析.分析发现:不同品种食用油的三维荧光等高线图差异明显,具有指纹特征性;同一种食用油经过不同时间高温加热后的三维荧光光谱存在荧光等高圈中心波长红移、峰值强度减弱趋势.利用吸收光谱法测得同一种油加热不同时长油样的透射光谱并进行比对,发现差异性不明显.实验表明:食用油的三维荧光光谱指纹特征可用于食用油品种的鉴定,根据其荧光峰值强度大小、中心波长位置可以实现食用油品质的定性分析.
食用油 煎炸油 三维荧光光谱 透射谱 光谱分析 Edible oils Fried oils Three dimensional fluorescence spectroscopy Transmission spectrum Spectral analysis
1 华南农业大学 理学院, 广州 510640
2 广州大学 物理与电子工程学院, 广州 510006
3 宁波工程学院 电子与信息工程学院, 浙江 宁波 315211
提出了主动锁模联合非线性偏振旋转光纤激光器中基于偏振控制器的脉宽可调平顶光脉冲生成技术.光纤激光器由主动锁模部分和一根掺Bi的高非线性光纤联合两个偏振控制器及光纤检偏器构成的非线性偏振旋转结构组成.分析了该实验装置在不同状态下的工作机制，通过调节激光器中的两个偏振控制器，实验获得了10 GHz的脉宽可调平顶光脉冲，脉宽调节范围在12～19 ps之间，调节激光腔中的宽带滤波器，可在不同波长处获得平顶光脉冲.实验表明：输出的平顶光脉冲性能稳定，边模抑制比为65 dB，定时抖动145 fs.
平顶光脉冲整形 脉宽可调 偏振控制器 主动锁模 非线性偏振旋转 Flat-top pulse shaping Pulsewidth tunable Polarization controller Active mode locking Nonlinear polarization rotation
