大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、30、45、60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^(-3) mol·L^(-1)的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检测Ag/MSF-45探针的SERS性能,制备不同浓度的MB溶液,分别利用纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针对其进行检测。实验结果表明,纳米银溶胶基底对MB的检测限(LOD)为10^(-6) mol·L^(-1),Ag/MSF-45探针对MB的检测限(LOD)为10^(-7) mol·L^(-1);拉曼信号的再现性结果表明纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内;在1619 cm^(-1)拉曼位移处对纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针检测MB的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,纳米银溶胶基底的拟合优度R2达0.91628,Ag/MSF-45探针的拟合优度R2达0.98848;纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针的再现性结果表明,其在各个特征峰处的RSD值均处于合理范围,但Ag/MSF-45探针的各特征峰RSD值均小于纳米银溶胶基底,最大为13.89%;利用10^(-6) mol·L^(-1)的MB对Ag/MSF-45探针的增强因子(AEF)进行计算,Ag/MSF-45探针的AEF达到6.09×10^(6),表现出良好的增强效果。因此,基于大孔柚子型MSF SERS探针凭借独特的空气孔结构使其具有较高的灵敏度以及良好的再现性,且其SERS性能均优于纳米银溶胶基底,在农业、化学分析、生物检测等领域及大分子物质检测等方面应用前景广泛。

微结构空芯光纤特性及光纤测试和工程应用

空芯光纤有着不可替代的物理特性,成为科研机构珍贵的基础研究课题,但由于其整体性能和配套应用并不成熟,产业界一直保持观望态度。近些年来,随着空芯光纤损耗指标的不断优化,多个产业应用案例的成功推进,空芯光纤逐渐得到工业界的进一步重视。文章梳理了3类空芯光纤,即空芯布拉格包层光纤、空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤,重点介绍了其光学工作原理和测试手段,也结合通信、激光传能和传感领域的应用情况分析了空芯光纤的优势。文章最后对标通信单模光纤对空芯光纤的未来技术趋势做出了展望。

微结构光纤光栅谐振峰的分析

利用光束传播法对微结构光纤布拉格光栅谐振特性进行了模拟研究。验证了微结构光纤光栅的多谐振峰结构,并且谐振峰数量取决于内包层直径;定量地研究了微结构光纤光栅掺锗纤芯尺寸对整体反射率、各谐振峰强度和谐振波长漂移的影响,从而为设计光敏微结构光纤提供参考依据;提出当这种光栅产生合适的线性啁啾时,可获得宽带可调谐光谱,三角形微结构光纤光栅啁啾系数等于0.0012时可产生接近15nm的3dB宽带光谱。

聚合物封装的纵向微结构光纤分布式压力传感系统

提出了一种基于纵向微结构光纤的分布式压力传感方案,该方案同时采用波长编码与频率编码技术,实现了单根光纤上的准分布式压力测量,具有实现大容量复用、高空间分辨率和高精度测量的潜力。采用硫化硅橡胶聚合物材料对光纤进行封装,使纵向微结构光纤的压力灵敏度提升至1.032×10-3相对波长变化/MPa,是裸光纤光栅压力灵敏度的500多倍。构建了包含6个光纤微结构的单纤传感系统,并进行了分布式压力测试实验,实验结果显示出很好的线性度和较高的测量精度。该传感方案具有长距离、高分辨率测压(HRM)的潜力,可广泛运用于土木结构健康监测、管道泄漏监控、人体体内压力分布式传感等工程领域中。

基于微结构光纤分布式传感的铁路隧道门智能防护技术研究

铁路隧道防护门是隧道防灾救援专题的重要分支,对行车安全有着重要的影响。文中研究一种基于微结构光纤分布式传感(MFDS)的新型铁路隧道防护门智能监测技术,可以实时监测防护门的状态与检测运行故障,当发现防护门出现异常状况时及时报警,显示并记录报警部位和报警资料以及实现报警信号远程传送。通过研究,针对铁路隧道防护门设计得出以下结论:(1)防护门布置应采取远离隧道中心布置的方案;(2)防护门隔墙应采用混泥土隔墙;(3)防护门应朝疏散方向开启;(4)设计防护门外沿距离相邻线路中心线距离应考虑防护门门框高度和车辆建筑限界。论文提出一种新颖的铁路隧道防护门设计方案,对于铁路隧道防护门设计与维护相关工作具有重要指导意义。

新型微结构光纤分布式声波传感技术及应用

介绍了一种新型分布式微结构光纤及微结构光纤分布式声波传感技术.通过在普通通信光纤的纤芯采用精密光刻技术连续制备纵向微结构散射单元,形成一种新型分布式微结构光纤(distributed microstructure optical fiber,DMOF).基于这种DMOF研制的微结构光纤分布式声波传感系统(microstructure fiber distributed acoustic sensor,MF-DAS),采用微结构光散射增强,MF-DAS传感信号的信噪比得到大幅提升;通过微结构光纤链路均衡,大幅度降低MF-DAS近远端传感信号差值;提出微结构光时域反射(microstructure optical time domain reflection,M-OTDR)时隙分插复用扩频,显著增大了分布式声波探测频响带宽.这种新型的MF-DAS系统具备高灵敏、大尺度、宽频响等优越性能,在地下及水下声波信息获取、重大基础设施内部损伤探测与外部侵害安全监测等领域具有十分广阔的应用前景.

微结构光纤激光器件

由于微结构光纤灵活多变的结构特点,使得以其为增益介质的光纤激光器件,具有比普通光纤激光器件更加优异的性能。本文结合国际上微结构光纤激光器件的最新研究进展情况,概述了微结构光纤作为增益介质的独特特性、微结构光纤激光器件的理论分析方法和掺铒、掺镱以及喇曼微结构光纤激光器件的特点。

输出功率大于10W的掺镱双包层微结构光纤激光器

采用F-P腔结构研究了包层泵浦掺Yb3+微结构光纤激光器的输出特性。在以二向色镜作为腔镜的实验中,获得了斜率效率57%,波长1 074.5 nm,输出功率为2.65 W的稳定激光输出;在由二向色镜和光纤端面构成F-P腔的实验中,获得了斜率效率87%,最大输出功率为11.69 W的激光输出。

双零色散点锥型微结构光纤的超连续谱

用"快速低温"法,在保持包层空气填充率不变的情况下,对实验室自制的微结构光纤进行了拉锥,得到了锥长分别为8 mm、10 mm的锥形光纤。利用多极法模拟可知,拉锥前光纤在1 129 nm具有单个零色散点,拉锥后光纤锥腰处出现双零色散点,对于8 mm、10 mm锥长,其零色散点分别为806 nm/2 456 nm和637 nm/1 164nm。8 mm锥微结构光纤在中心波长800 nm、平均功率0.45 W的超短脉冲作用下,产生了378 nm^1 632 nm、1777 nm^2 450 nm平坦度为20 d B的超连续谱;当功率为0.50 W时,10 mm锥微结构光纤位于1 164 nm的零色散点限制了拉曼孤子及超连续谱的红移,但在395 nm^475 nm形成谱宽为80 nm峰,频率上转换效率达到70.5%。

开放式微结构光纤研究

与传统微结构光纤相比,开放式微结构光纤不仅保持了可通过灵活的几何结构设计,从而获得优化光学传感性能的优点,利用其开放式无需预填充的特点,还可较大幅度地提高传感实时工作效率。本文对近年来出现的几种具有代表性的开放式微结构光纤进行了讨论。比较了利用开放全内反射型、Wagon Wheel型及嵌入导流孔型开放式微结构光纤作为实时气液传感器时各自的优缺点。研究表明,这几种开放式微结构光纤都在气液实时传感领域显示了较为独特的优点。借助于开放式微结构光纤,可为未来高精度实时光纤传感器领域的设计提供一种较有竞争力的技术支撑。

微结构聚合物光纤制备方法的研究进展

微结构光纤以优异的光学特性而受到广泛关注。微结构聚合物光纤作为微结构光纤的重要组成部分,也得到了科研人员的深入研究。综述了微结构聚合物光纤预制棒的制备方法,介绍了堆积法、钻孔法、浇注法、挤出法和挤出-成型法,并对这些方法的优缺点进行了分析和展望。

大尺寸气孔微结构光纤在光纤光栅中的应用

将微结构光纤分为光子晶体光纤和大尺寸气孔微结构光纤两种。详细介绍了大尺寸气孔微结构光纤。其包层的气孔硅结构 (或者聚合物硅结构 )影响了包层模式的空间分布以及包层模式的有效折射率 ,使其表现出与传统光纤不同的光学特性。基于这种微结构光纤的光纤光栅对外部折射率的变化显示了很好的稳定性。偏振特性(对长周期光纤光栅 )可以大大加强。

碲化物微结构光纤应用于中红外超连续谱的产生

由于强的红外吸收,石英玻璃材料拉制成的光纤或微结构光纤在中红外波段的传输损耗很大。为产生中红外波段的超连续谱,须使用在该波段具有高透过率的非石英材料来拉制光纤或微结构光纤。碲化物材料本身具有高非线性,所以光纤色散设计是实现宽带、平坦超连续谱输出的重要条件。为了实现全光纤结构的超连续光源,选用1.55μm和2.0μm的光纤激光作为泵浦源。根据这两种泵浦系统和碲化物玻璃的材料色散特性,分别为这两种泵浦方案设计了两种波导结构——小纤芯直径和大纤芯直径的微结构光纤,并详细分析了各自的特点和应用范围。

一种新的低非线性宽带色散补偿微结构光纤的设计

采用矢量光束传输法对空气孔包层呈正六边形分布的微结构光纤的色散和非线性特性进行了数值模拟。通过分别调节内三层空气孔的直径和包层空气孔节距,设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤。该光纤在波长1.55μm处具有-3235.8ps/nm/km的大负色散,可在以1.55μm为中心的100nm宽带波长范围对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),同时该光纤可在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5W-1·km-1。

溶胶-凝胶薄膜修饰的微结构聚合物光纤氟离子传感探头

通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔道结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。基于荧光淬灭原理实现传感,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此,传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,可在5～50mmol/L内传感。

硅烷化光纤表面微结构成分的扫描电镜及能谱仪联用表征

采用扫描电镜和能谱仪检测细小的硅烷化光纤表面微结构成分,表征了光纤与3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)的耦合。能谱分析显示,未硅烷化的光纤表面无碳原子,而硅烷化的光纤表面含有碳原子,其碳原子质量分数为13.74%、16.72%,说明在细小光纤表面上耦合了APTES。经扫描电镜与能谱联用表征光纤表面微结构成分发现,不同表面检测微区域,碳的质量分数不同。探讨了硅烷化的光纤与吖啶橙(AO)的相互作用,并考察了酸性介质对其荧光强度的影响。结果表明:硅烷化的光纤与吖啶橙相互作用发出荧光,证明硅烷化的光纤表面有活性基团;经稀盐酸洗涤后,荧光强度减弱,表明光纤表面的活性基团与AO通过非共价键结合。研究表明,两种方法均能表征细小光纤或纳米光纤与硅烷双功能剂的耦合,以及光纤生物传感器敏感元件的靶分子检测。

基于高非线性微结构光纤环镜的脉冲压缩与基座抑制(英文)

提出了利用一种高非线性微结构光纤构成非线性光纤环镜(NOLM)进行脉冲压缩和基座抑制的方案.所提出的微结构光纤具有高非线性系数和大反常色散.理论研究了基于这种微结构光纤的NOLM对脉冲的压缩效应,并分析了压缩的机制.数值结果表明,这种NOLM采用较短的光纤长度就能有效地压缩脉冲并明显抑制了基座.对于给定的输入脉冲,存在一个最优的环路长度,可以获得高质量的压缩脉冲.通过适当选择耦合比和环路长度,则可以完全消除脉冲的基座.

飞秒脉冲作用下两种多孔微结构光纤超连续谱的产生

报道了利用20 fs激光脉冲在两种多孔微结构光纤产生超连续谱的现象,光纤长度均为40 cm,连续谱展宽范围分别是420-980 nm和570-920 nm。实验上证明了不仅仅具有周期性结构的微结构光纤可以用于产生超连续谱,由无序填充气孔组成的多孔微结构光纤也可以出现类似的超强非线性和超连续谱展宽。分析表明,小模场面积和高非线性系数更有利于产生宽的超连续谱,不完全光子带隙的存在导致了光谱的分立结构。

微结构光纤的制备及其技术进展

对微结构光纤(MSF)的分类及其制备方法的发展进行了较为全面的描述,详细介绍了多种微结构光纤的制备方法,并结合自己的实验结果,比较多种制备方法对光纤的制备加以总结说明。