作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津市光纤传感工程中心,天津 300072
现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展,有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。
传感器 分布式光纤传感 准分布式光纤传感 气体传感 折射率传感 生化传感 sensors distributed optical fiber sensing quasi-distributed optical fiber sensing gas sensing refractive index sensing biochemical sensing 
光学学报
2024, 44(1): 0106015
南雪莹 1,2刘会刚 1,2,*刘海涛 3,4,**
作者单位
摘要
1 南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心,天津 300350
2 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系,天津 300350
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所,天津 300350
4 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU-1,优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃-1和42.71 pm·℃-1
传感器 Fano共振 全介质超表面 折射率传感 温度传感 sensors Fano resonance all-dielectric metasurface refractive-index sensing temperature sensing 
中国激光
2024, 51(2): 0210002
胡维东 1,2,3杜响 1,2,3刘思玉 1,2黄万霞 1,2[ ... ]李光元 3,4,**
作者单位
摘要
1 安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽 芜湖 241000
2 光电材料科学与技术安徽省重点实验室,安徽 芜湖 241000
3 中国科学院深圳先进技术研究院,广东 深圳 518055
4 中国科学院大学深圳先进技术学院,广东 深圳 518055
超表面 准连续域束缚态 光微流折射率传感 表面晶格共振 metasurface quasi-bound states in the continuum optofluidic refractometric sensor surface lattice resonance 
光电工程
2023, 50(9): 230124
作者单位
摘要
1 西安科技大学理学院,陕西 西安 710054
2 西安科技大学安全工程与科学学院,陕西 西安 710054
连续域束缚态(BIC)已被广泛用于设计具有高品质因数(Q值)谐振的超材料中。通过在一个周期单元中设置两对高折射率裂环谐振器(SRR),设计了一种太赫兹全介质超材料。基于超晶格模式的对称性保护原理,通过改变其中两个SRR之间的距离,获得了可观测的准BIC(QBIC)模式。通过调节不对称度可以调制Q值,并且QBIC的Q值与结构的不对称度之间呈现出二次反比的关系。感应电场和磁场的空间分布以及感应电流的多极展开都表明了谐振是由电四极子的激发引起的。所提出的超材料具有较窄的谐振线宽,其灵敏度和FOM(figure of merit)分别为254.8 GHz/RIU和509.6,可以作为高灵敏度的折射率传感器。
材料 连续域束缚态 太赫兹 全介质超材料 电四极子 折射率传感 materials bound states in continuum terahertz all-dielectric metamaterial electric quadrupole refractive index sensing 
光学学报
2023, 43(23): 2316002
作者单位
摘要
1 山西大同大学 物理与电子科学学院 微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室,大同 037009
2 杭州电子科技大学 电子信息学院 智能微传感器与微系统教育部工程研究中心,杭州 310018
3 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 太赫兹研究中心,天津 300072
利用排布在人工表面等离激元传输线两侧的微结构谐振组实现了波导类电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效应,并基于此开发了结构紧凑的片上传感器。根据电场分布的特性,发现片上类EIT效应的传感工作机理主要是利用暗模谐振器内部的强局域化电场对周围介质的敏感程度,能够反映到EIT特征频率的偏移量和谐振幅度的变化。进一步地,详细仿真了待测物的折射率、正切损耗、厚度、半径等参数变化对EIT透明窗口的响应规律,发现该片上传感器在1.26~1.79折射率变化范围下的灵敏度可达1.12 GHz/RIU,传感品质因数值为5.45。实验中通过对三种食用油进行传感测量,验证了所提出的基于类EIT效应的片上传感器具有高灵敏度、无标记检测和实验灵活的特点。
人工表面等离激元 电磁诱导透明 片上系统 折射率传感 近场耦合 Spoof surface plasmon polaritons Electromagnetically induced transparency On-chip system Refractive index sensing Near-field coupling 
光子学报
2023, 52(10): 1052408
作者单位
摘要
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 interference enhanced hybrid optical waveguide optical fiber refractive index sensing evanescent field effect high sensitivity 
光学学报
2023, 43(22): 2206004
作者单位
摘要
1 武汉理工大学理学院,湖北 武汉 430070
2 中兴通讯无线产品运营部,广东 深圳 518000
提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪(MI)级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪,开放腔FPI作为传感干涉仪,解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响,以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器,并测试了其折射率响应特性,分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU(灵敏度单位),相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍,放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好,在折射率传感领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 迈克尔孙干涉仪 少模光纤 模式反射 游标效应 折射率传感 fiber optics Michelson interferometer few-mode fiber mode reflection Vernier effect refractive index sensor 
光学学报
2023, 43(19): 1906006
作者单位
摘要
1 厦门工学院计算机科学与信息工程学院,福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院,福建 厦门 361021
提出了一种由圆柱纳米孔阵列组成的全介质超表面折射率传感器,通过平移纳米孔引入结构单元的面内对称性破坏,非对称的介质纳米孔阵列可以实现由电四极子(EQ)激发的具有高品质因数(Q值)的准连续域束缚态(BIC)共振模式。从理论上分析了结构非对称参数与Fano共振的辐射Q值之间的关系,证明了该模式为对称保护BIC模式,并进行近场分析和多极分解,证明了EQ在共振模式中占主导作用,同时分析了结构参数对Fano共振的影响,并计算了介质折射率的光谱响应,得到结构的灵敏度可达512 nm/RIU(折射率单元)、Q值为2568.7、优质因数(FOM)为760,所提结构在近红外范围内的高灵敏生物传感器领域具有潜在的应用价值。
全介质超表面 Fano共振 连续域束缚态 折射率传感 all-dielectric metasurface Fano resonance bound state in the continuum refractive index sensing 
激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1928001
作者单位
摘要
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 软件学院, 山西 太原 030051
3 中北大学 信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
4 岭南师范学院 物理科学与技术学院, 广东 湛江 524048
为了研究超表面结构的耦合及折射率传感特性,设计了一种由两种长度不同的纳米棒组成的二聚体结构,并研究该结构的透射光谱,共振峰处的电场和电荷分布以及结构参数对透射光谱的影响。本文采用有限元法对光学性能进行仿真分析,采用准静态逼近模型解释了平行双纳米棒结构的耦合机理。在共振波长上模拟电场分布,分析电子振动模式,在透射光谱中出现了不对称线型的双Fano共振。结果表明,双Fano共振是由纳米棒和衬底之间的耦合作用产生的,可以通过结构参数和周围介质的折射率来调控,且基于Fano共振的折射率灵敏度最大可达1.137 μm/RIU。这些研究结果为设计等离激元传感器提供了理论依据。
等离激元超表面 Au纳米棒 双Fano共振 折射率传感 plasmonic metasurfaces Au nanorods double Fano resonance refractive index sensor 
中国光学
2023, 16(4): 961
作者单位
摘要
兰州交通大学 电子与信息工程学院,兰州 730070
为实现高灵敏度及高品质因数的折射率传感特性,设计了一种基于槽型相移布拉格光栅的微环谐振器结构。该结构由槽型直波导内嵌相移布拉格光栅耦合单实波导微环构成。结构中离散态光模式与连续态光模式相互干涉产生了Fano共振。利用传输矩阵法量化谐振器中各部分的光场分布,分析系统的传输原理。采用时域有限差分法对提出的器件结构进行仿真模拟,并对结构物理参数进行优化。模拟结果表明该结构的品质因数达到25 729,比传统微环谐振器提高了3倍以上,消光比为18.65 dB,高出传统微环谐振器6.46 dB,折射率灵敏度达到122 nm/RIU,且该谐振器结构简单。所提出的结构在传感应用中具有一定的优势。
集成光学 硅基波导 微环谐振器 槽型相移 布拉格光栅 Fano谐振 折射率传感 Integrated optics Silicon waveguide Microring resonator Slot type phase shift Bragg grating Fano resonance Refractive index sensing 
光子学报
2023, 52(6): 0623003

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