1 九江职业技术学院 电气工程学院, 江西 九江 330007
2 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
为了实现液相中氢气体积分数的准确检测, 该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先, 在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜, 用于响应氢气体积分数变化信息; 然后, 采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜, 用于阻止水分子进入钯膜内部, 导致钯膜从光纤表面脱落, 进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响, 并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明, 传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息, 当钯膜厚度为120 nm时, 灵敏度达到-15.29 pm/%, 最大相对误差为8.67%。
倾斜光纤光栅 传感器 液相 氢气浓度 钯膜 超疏水涂膜 tilted fiber grating sensor liquid phase H2 concentration palladium film superhydrophobic coating film
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, and Shaanxi Basic Discipline (Liquid Physics) Research Center, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
Graphene and related two-dimensional materials have attracted great research interests due to prominently optical and electrical properties and flexibility in integration with versatile photonic structures. Here, we report an in-fiber photoelectric device by wrapping a few-layer graphene and bonding a pair of electrodes onto a tilted fiber Bragg grating (TFBG) for photoelectric and electric-induced thermo-optic conversions. The transmitted spectrum from this device consists of a dense comb of narrowband resonances that provides an observable window to sense the photocurrent and the electrical injection in the graphene layer. The device has a wavelength-sensitive photoresponse with responsivity up to 11.4 A/W, allowing the spectrum analysis by real-time monitoring of photocurrent evolution. Based on the thermal-optic effect of electrical injection, the graphene layer is energized to produce a global red-shift of the transmission spectrum of the TFBG, with a high sensitivity approaching 2.167×104 nm/A2. The in-fiber photoelectric device, therefore as a powerful tool, could be widely available as off-the-shelf product for photodetection, spectrometer and current sensor.
tilted fiber grating photoelectric device graphene photoelectric conversion thermo-optic switching Opto-Electronic Science
2023, 2(6): 230012
重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
提出了一种基于游标效应（VE）的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉环折射率传感器。利用光学VE的基本原理，设计并制作自由谱宽为1.52 nm的保偏光纤Sagnac干涉仪和自由谱宽为1.36 nm的极大倾角光纤光栅Sagnac干涉结构，通过级联的方式将两个干涉光路进行叠加，得到游标光谱。实验结果表明，该传感器的游标包络特征明显，经游标放大后的折射率灵敏度达到-1286.40 nm/RIU，相比普通极大倾角光纤光栅传感器的横磁（TM）模和横电（TE）模的折射率灵敏度分别提高约8.46倍和约10.55倍，与理论计算结果吻合。传感器的输出光谱稳定，并且具有结构简单、制作方便、抗温度干扰能力较强等优点，在生化、生物医学检测等领域具有良好的应用前景。
光纤光学 极大倾角光纤光栅 Sagnac光纤干涉仪 游标效应 折射率传感器 光学学报
2022, 42(20): 2006004
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG)在高功率光纤激光受激拉曼散射抑制中有重要的应用。在25 μm/400 μm光纤上研制了可承受4.35 kW激光功率的CTFBG，这是目前国内外已报道的最高功率水平。CTFBG的插入损耗小于0.3 dB，最高功率下的温升仅为7.5 ℃，温升系数约为1.72 ℃/kW，表明其具有承受更高激光功率的能力。
激光器 光纤激光器 受激拉曼散射 光纤光栅 啁啾倾斜光纤光栅
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical and Electronic Information, NGIA, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Shenzhen Techwinsemi Optoelectronic Co., Ltd., Shenzhen 518000, China
3 Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communication, Shanghai University, Shanghai 200444, China
4 Aston Institute of Photonic Technologies, Aston University, Birmingham B4 7ET, UK
We report the observation of second order Bragg resonance (2nd-OBG) produced by tilted fiber gratings (TFGs) fabricated using phase mask UV inscription. The theoretical analysis has revealed that the generation of high order Bragg resonance of gratings is induced by a square-shape refractive index profile, which is caused by over-saturated UV exposure. In the experiment, we have studied the TFGs with different tilt angles under over-saturated UV exposure, in which all gratings have showed the 2nd-OBR, and the larger tilt angle of the grating has the stronger 2nd-OBR. When the tilt angle of the grating is , the Bragg resonance exhibits very strong polarization dependence, because the 2nd-OBR wavelength is located within the polarizing bandwidth of 45° TFG. Finally, we have demonstrated an erbium-doped fiber laser with degree of polarization, and, by applying mechanical stretching on the grating, a wavelength tunable laser output has been achieved. The output laser shows amplitude variation within 1 h continuous monitoring of the laser.
tilted fiber grating fiber laser Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 012201
1 重庆能源职业学院 电梯与智能制造学院, 重庆 402247
2 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
3 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆400054
针对透射式极大倾角光纤光栅(ExTFG)在工程应用中结构不紧凑、使用不便等问题, 该文提出了基于探针式结构的ExTFG传感器。分析了探针式结构的ExTFG的光路原理, 提出其制作方法, 搭建了探针式结构ExTFG的传感系统, 实验研究了在距离ExTFG末端不同位置进行切割并镀银膜构成的传感器探针光谱特性, 使用毛细管封装端面, 增加传感器稳定性; 最后分析探针式结构ExTFG的折射率传感特性。结果表明, 对应的切割端面距离栅区越近, 谐振峰的损耗越小; 相比透射式ExTFG, 探针式结构ExTFG的TM模和TE模的折射率灵敏度分别提高了约11.21%与8.09%, 在实际应用中更适用。
极大倾角光纤光栅(ExTFG) 探针式结构 反射光谱 传感 折射率 excessively tilted fiber grating probe structure reflectance spectrum sensing refractive index
1 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆400054
2 重庆理工大学 药物化学与分子药理学重庆市重点实验室，重庆400054
提出了一种基于氧化石墨烯（GO）集成极大倾角光纤光栅（ExTFG）的局域表面等离子体共振（Local Surface Plasmon Resonance， LSPR）免疫传感器，用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1（PD-L1）的无标记和特异性检测。利用大尺寸（粒径约为165 nm）金纳米壳（AuNs）作为LSPR载体固定在光纤表面，然后再将GO涂敷于光纤表面来改善ExTFG-LSPR传感器的疏水特性，以增强传感器对生物分子蛋白的吸附能力，最后将PD-L1单克隆抗体（anti-PD-L1 MAbs）通过共价键结合在光纤表面GO的羧基端用于PD-L1的特异性检测。实验结果表明：该免疫传感器对磷酸盐缓冲液中PD-L1抗原的检测范围为0.038~38.46 pmol/L，在0~2 pmol/L的低浓度区保持着良好的线性度，灵敏度约达0.114 nm/（pmol·L-1），对PD-L1抗原的检测极限低至约0.076 pmol/L，解离系数约为2.801×10-12 mol/L；当用于不同的健康血清样本和肝细胞癌（HCC）血清样本的临床免疫检测，对前者的响应极其微弱，而对后者具有明显的响应。因此，该免疫传感器在复杂血清环境下对PD-L1标记物具有良好的临床特异性，具有较大的应用潜力。
光纤传感 极大倾角光纤光栅 氧化石墨烯 局域表面等离子体共振 细胞程序性死亡-配体1 肝细胞癌 optical fiber sensing excessively tilted fiber grating graphene oxide local surface plasmon resonance programmed cell death ligand 1 hepatocellular carcinoma
林彦吕 1,2,3黄梓楠 1,2,3黄千千 1,2,3戴礼龙 1,2,3[ ... ]牟成博 1,2,3,*
1 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, 上海 200444
2 上海大学上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
3 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室, 上海 200444
4 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
采用由一对保偏45°倾斜光纤光栅构成的Lyot滤波器,设计了一台脉冲态可切换的掺镱光纤激光器。该Lyot滤波器集成了起偏器和梳状滤波器的功能,为激光器实现耗散孤子锁模提供了光谱滤波效应,从而使激光器产生了中心波长为1038.82 nm、脉冲宽度为5.2 ps的耗散孤子脉冲。随着泵浦功率的增加,非线性偏振旋转反馈机制的切换导致激光器的锁模脉冲态发生了耗散孤子脉冲与类噪声脉冲之间的多重切换。脉冲态切换过程中仅需调节泵浦功率,而不需要改变偏振控制器的状态。该脉冲态可切换激光器可以用于设计更精准可控的多功能光源。
光栅 光束传输 倾斜光纤光栅 掺镱光纤激光器 非线性偏振旋转 耗散孤子 中国激光
2021, 48(19): 1901004
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 阿斯顿大学光子研究中心，英国伯明翰 B4 7ET
超角度倾斜光纤光栅（Ex-TFG）是一种结构新颖的新型光纤光栅器件，具有正交偏振耦合、高折射率灵敏度、低温度灵敏度以及矢量传感响应等特点。近年来，得益于Ex-TFG对周围环境折射率敏感的特点，其在生化传感领域得到了广泛的研究和应用。同时，Ex-TFG的非圆对称倏逝场分布为矢量传感应用提供了可能。基于理论和实验研究，从光栅的基本耦合模理论、包层模式传输特性等方面，详细介绍了Ex-TFG的基本理论和传感特性研究进展。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306013
1 南昌大学机电工程学院江西机器人与焊接自动化重点实验室，江西 南昌 330031
2 上海工程技术大学机械与汽车工程学院机器人研究所，上海 201620
基于倾斜光纤光栅模式耦合理论，采用OptiGrating软件仿真分析了倾斜光纤光栅（TFBG）在不同环境折射率下的光谱特性变化。结果表明，当外界环境折射率小于包层模折射率时，TFBG的纤芯模和包层模都会存在；当外界环境折射率大于等于包层模折射率时，只有纤芯模存在，包层模会消失。在蒸馏水、无水乙醇、红花油、花生油和大豆油溶液中，TFBG的光谱特性实验结果与仿真结果一致。研究结果对装有大折射率液体的管道泄漏的实时监测具有一定的指导意义。
光栅 倾斜光纤光栅 折射率 透射光谱 包层模 纤芯模 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1105003
