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半导体光电 2018年第5期39卷 634-639页

作者：罗彬彬赵明富石胜辉刘永电子科技大学光电科学与工程学院成都610054 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

提出一种星形金纳米颗粒修饰的81°倾斜光纤光栅(TFG)生物传感器。通过金黄色葡萄球菌蛋白A固定法,将自制的高纯度新城疫病毒(NDV)单克隆抗体固定于81°TFG表面,制成对NDV具有特异性检测功能的生物传感器。结果表明,传感器对NDV的最低... 详细信息

提出一种星形金纳米颗粒修饰的81°倾斜光纤光栅(TFG)生物传感器。通过金黄色葡萄球菌蛋白A固定法,将自制的高纯度新城疫病毒(NDV)单克隆抗体固定于81°TFG表面,制成对NDV具有特异性检测功能的生物传感器。结果表明,传感器对NDV的最低探测极限达10~25pg/mL,检测饱和点约为1 000pg/mL;在0~200pg/mL具有较好的线性相关度(R2约为0.911),相应的灵敏度约为1 394pm/(ng/mL)。此外,通过对NDV的特异性和临床性测试,表明该生物传感器对NDV具有高度的特异性和临床有效性。

关键词：光纤传感 81°倾斜光纤光栅星形金纳米颗粒新城疫病毒

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基于81°倾斜光栅的光纤传感器理论和实验的研究

基于81°倾斜光栅的光纤传感器理论和实验的研究

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作者：舒慧电子科技大学

学位级别：硕士

随着光纤光栅技术以及传感技术的发展,倾斜光纤光栅(TFG)作为一种结构新颖以及功能多样的光纤光栅,具有结构紧凑、灵活性高、重量轻、抗干扰能力强等优点,在近几十年里引起人们的广泛关注。但是目前已报道的TFG的研究主要集中在小角度T... 详细信息

随着光纤光栅技术以及传感技术的发展,倾斜光纤光栅(TFG)作为一种结构新颖以及功能多样的光纤光栅,具有结构紧凑、灵活性高、重量轻、抗干扰能力强等优点,在近几十年里引起人们的广泛关注。但是目前已报道的TFG的研究主要集中在小角度TFG,而针对大角度TFG的研究较少。基于TFG的耦合模理论,理论仿真了81°-TFG传感机理与光谱特性,并对81°-TFG的温度、折射率、弯曲及振动传感方面进行了实验研究。本论文的主要内容可以分为以下三个部分:(1)基于TFG的耦合模方程,建立81°-TFG的传输理论模型。对TFG纤芯模、各阶包层模的有效折射率以及TFG的光谱特性进行了数值仿真。同时,建立基于81°-TFG的光纤传感模型,理论模拟了传感系统在不同条件(温度、折射率等)的输出光谱特性,得到分别应用于实现温度以及折射率传感的最佳工作参数。(2)基于光纤的光敏特性,采用相位掩模技术在单模光纤上分别刻写了45°及81°-TFG。分析了TFG在制备过程中曝光和退火时间、激光光源脉冲等参数对光栅质量的影响。同时研究了掩模板和光纤放置的位置与光栅倾斜角度的关系,从而对光栅刻写时的工作参数进行优化设计,最终获得了光栅最佳的刻写参数。(3)基于81°-TFG的光纤传感实验研究,首先对45°以及81°-TFG的偏振特性进行了实验研究与分析,结果表明45°-TFG具有很高的偏振相关损耗(PDL),PDL可以达到22 dB。搭建了基于45°及81°-TFG的温度、折射率、弯曲及振动传感实验。采用宽光谱光源作为信号源,45°-TFG作为起偏器,利用光谱仪记录随着外界环境变化而引起的输出光谱变化情况,并将实验结果与理论结果进行对比分析。结果表明81°-TFG透射光谱中TM和TE谐振峰对温度的灵敏度分别为7.8pm/°C、7.6 pm/°C,并且温度并不影响传输光在TFG中的耦合方式。在基于81°-TFG外界环境折射率(SRI)的传感实验研究中,发现TFG在近1570 nm处的TM谐振峰对SRI响应灵敏度为196.23 nm/RIU(0.001折射率的变化),1576 nm处的TE谐振峰对SRI的灵敏度为191.31 nm/RIU;并且SRI的变化还会直接影响光纤中各阶包层模间的耦合强度。在对81°-TFG弯曲传感的实验研究中,发现TFG的弯曲方向与程度都会使透射光谱发生不同的改变,在弯曲曲率半径6.6～16.26 m-1的探测范围内,灵敏度可以达到0.0135 mW/m-1。在对81°-TFG振动传感实验研究中,发现外界驱动频率在80～500 Hz内,振动灵敏度可以达到0.1520 mW/kHz。

关键词： 81°倾斜光纤光栅光栅的刻写传感透射谱灵敏度

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