暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感（DOFS）能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测，受到了越来越多的关注，具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量，是提高传感性能的一个重要技术途径。因此，编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展，阐述了编码技术提高传感性能的技术原理，归纳了不同编码方案的设计和实现方法，分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后，对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。
传感器 分布式光纤传感器 编码技术 光纤瑞利传感器 光纤布里渊传感器 光纤拉曼传感器 光纤弱光栅阵列传感器
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
提出并实现了一种用于双参量同时测量的强耦合七芯光纤布拉格光栅（SCF-FBG）。在透射光谱中观察到2个布拉格谐振峰，对应SCF的类HE11和类HE12超模式反向谐振耦合。该传感器由SCF拼接在中心对齐的2个标准单模光纤构成，其透射谱中还包括由超模式间的马赫-曾德尔干涉产生的干涉条纹。分别测量了该器件对温度和应变的响应，结果表明：2个布拉格谐振峰的温度灵敏度分别为9.56 pm/℃和9.55 pm/℃，应变灵敏度分别为0.64 pm/με和0.584 pm/με。其中，干涉谷的温度灵敏度和应变灵敏度分别为11.8 pm/℃和-0.925 pm/με，因此该器件能够同时用于温度和应变的测量。
光纤布拉格光栅 光纤传感器 七芯光纤 超模式 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0906007
1 暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
2 暨南大学附属第一医院消化内科，广东 广州 510632
3 广东省人民医院广东省心血管病研究所，广东 广州510080
4 广州信筑医疗技术有限公司，广东 广州 510535
微循环功能是反映危重病人器官生理状态的关键指标，为确定后续治疗手段提供了重要依据。传统上采用显微镜等手段观察体表微循环状态，但仅能获得组织毛细血管的空间形态，获取的功能性信息有限，难以满足临床需求。针对肠道内微循环监测需求构建了小型化光纤光声内窥镜，将成像探头伸入活体小动物直肠内以旋转扫描的方式进行内窥成像。在扫描过程中通过逐点探测由激光脉冲在生物体内激发出的超声波，能够获得消化道内壁血管空间分布；基于动静脉血在光学吸收谱上的差异，采用双波长激发获得了血氧饱和度的空间分布。基于数小时的连续监测，发现小动物患脓毒症后直肠内壁血管结构与血氧饱和度均发生明显变化。实验结果表明，该技术能够以无创方式表征典型微循环疾病模型的功能性变化，为微循环的无创监测提供了一种新的技术途径。
生物医学 光声成像 光声内窥镜 超声传感器 光纤传感器 微循环障碍
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
光声功能成像利用动静脉血在光学吸收谱上的差异，通过多波长光声激发与探测来获得生物组织内血氧饱和度的空间分布，为医学研究与疾病诊断提供了重要的功能信息。 受限于压电传感器的超声探测灵敏度，小型化光声成像技术的血氧饱和度测量误差大，功能成像能力难以满足医学需求。针对这一问题，提出利用分布反馈布拉格光纤激光器作为敏感元件对微弱光声信号进行探测，利用两正交激光模式之间的拍频来读取超声引起的扰动。通过光学放大有效克服激光器的频率噪声，从而获得活体脑组织和直肠内壁血管的高空间分辨率的功能成像结果。
医用光学 光声成像 血氧饱和度 光纤传感器 信噪比 光学学报
2022, 42(20): 2017001
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
光纤光声成像技术利用光纤传感器来探测由激光脉冲在生物体内激发出的超声波，从而实现对目标组织成分的高对比度成像。光纤超声传感系统的噪声特性是成像信噪比的决定性因素之一，本研究团队详细分析了超声敏感元件——正交双频光纤激光器与光放大器、光电探测器及数据采集模块等各环节对噪声的贡献，同时分析了系统噪声、拍频信号功率和频率噪声与光功率(或者光电流)之间的关系。研究结果表明，通过光放大器提升注入光探测器的光功率能够显著提升光纤传感系统的信噪比，当注入光探测器的光功率达到10 mW以上时，拍频信号频率抖动的均方值可由74 kHz降低到44 kHz，在50 MHz带宽内提供的噪声等效声压由32.9 Pa降低到19.5 Pa，信噪比提升4.5 dB。进一步，本研究团队基于光纤超声传感器构造了光纤光声显微镜，并采用该显微镜对小鼠耳部血管进行活体成像，结果发现提升信号光功率能够显著增强图像的信噪比。
医用光学 光声显微成像 光纤超声传感器 噪声特性 中国激光
2022, 49(15): 1507204
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
提出并实现了两种结构的裸露纤芯边孔光纤布拉格光栅（SH-FBGs）的折射率传感器。第一种，采用光纤侧面抛磨法抛磨刻有FBG的边孔光纤（SHF）的一个空气孔，得到D形横截面SH-FBG传感器，在1.380折射率附近灵敏度约为24.0 nm/RIU（RIU为单位折射率）。另一种，通过化学腐蚀法腐蚀刻有FBG的边孔光纤的两个空气孔，得到X形横截面SH-FBG传感器，在1.333~1.340折射率范围内，折射率灵敏度约为15.1 nm/RIU，该数值可通过腐蚀方案进一步得到优化。由于X形SH-FBG传感器对应两个偏振的模式，表现出对外部折射率变化的响应不同而对温度变化的响应相同的特性，因此可作为与温度无关的折射率传感器。设计的两种传感器具有的空气孔可以作为微流通道，有助于实现在线检测和给药，具有结构简单、操作方便等优点，在生物化学、医学等领域中拥有良好的应用前景。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0106003
暨南大学光子技术研究院，广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511486
利用飞秒激光搭建的双光子聚合系统，成功制作出微纳长周期光纤光栅（MLPG）。该系统通过计算机控制三维位移平台完成结构的制作，可编程实现光栅的自动化制作，并全程监控光栅的制作过程。与传统制造方法相比，基于双光子聚合的制造方法，在光纤表面使光刻胶周期性的发生双光子聚合完成MLPG的制作。因此在形成光栅时不依赖光纤基底的变化，该长周期光栅（LPG）结构形成于光纤外表面，适用于不同种类光纤上的LPG制备。在直径为6.9 μm的微纳光纤上制造了8个周期为95 μm的光栅块，在1331 nm波长处观察到了13.5 dB的传输谱损耗峰。实验结果表明，MLPG的温度灵敏度与折射率灵敏度分别达到了1.39 nm/℃、2207.89 nm/RIU（RIU为单位折射率）。
光纤光学 微纳光纤 长周期光栅 双光子聚合技术 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306006
暨南大学光子技术研究院， 广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
光纤生物传感器利用倏逝场效应与待测物质发生相互作用，通过检测生物识别分子与目标分子特异性结合反应引起的光信号变化实现对待测物的检测。光纤传感器由于具有尺寸小巧、可柔性弯曲等优点，从而有望为现代医学提供一种在体原位检测的新手段。微光纤干涉型生物传感器以微光纤模式干涉仪作为换能器，通过光学波导增敏和界面增敏，可实现超高灵敏度生物分子检测，甚至可达到单分子检测水平。因此，介绍了微光纤模式干涉仪原理、制备技术、折射率敏感特性、生物传感器实现和界面增敏技术。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306004
暨南大学光子技术研究院, 广东省光纤传感与通信技术重点实验室, 广东 广州 510632
提出一种基于大空气孔保偏微结构光纤偏振回旋滤波器(PM-MOF-RF)的光微流折射率传感器。保偏微结构光纤(PM-MOF)沿轴向引入周期性往复扭转结构,可实现光纤中正交偏振模的谐振耦合,通过偏振检测,可得到类似于长周期光栅的透射光谱,从而获得偏振回旋滤波器(PRF)。基于耦合模理论,对该器件的透射光谱进行仿真。在该器件两端与单模光纤(SMF)连接处分别接入一小段C形光纤,可将待测液体导入和导出MOF的空气孔而不影响SMF与MOF的光信号耦合,从而得到一个全光纤的光微流折射率传感器。通过有限元分析方法模拟微流折射率在1.333附近变化时PM-MOF的相模式双折射色散曲线,进而可得不同微流折射率的透射光谱,通过追踪光谱波长漂移,得到7196.4 nm/RIU(RIU为折射率单元)的折射率灵敏度,同时可知当按比例缩小光纤尺寸时,可将其灵敏度提升至16754.0 nm/RIU。
光纤光学 折射率灵敏度 偏振回旋滤波器 微结构光纤 激光与光电子学进展
2019, 56(17): 170623
