作者单位
摘要
北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100144
为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响, 采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量, 并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内, 分别使用纤芯直径为300 μm的光纤和400 μm的光纤, 测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差, 并计算对应折射率; 分析了在传感器适用的折射率范围内, 各溶液质量分数与折射率之间的关系, 并对理论结果进行了实验验证。结果表明, 纤芯直径越小, 传感器灵敏度越高, 灵敏度可达10-5量级; 密度越高, 测量中的稳定性越高, 最大相位差标准差为0.145°; 分子量越大, 精度越高, 蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。
传感器技术 纤芯直径 折射率测量 分子量 质量分数 sensor technique core diameter refractive index measurement molecular weight mass fraction 
激光技术
2023, 47(3): 329
张静 1,2,*李永倩 1,2
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
2 电力物联网技术河北重点实验室,河北 保定 071003
光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤(few-mode fiber,FMF)–无芯光纤(coreless fiber,CLF)–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪(Mach–Zehnder interference,MZI),测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.0134 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.0104 nm/℃。
折射率测量 无芯光纤 温度测量 少模光纤 refractive index measurement coreless fiber temperature measurement few-mode fiber 
应用光学
2023, 44(2): 462
作者单位
摘要
东北石油大学 物理与电子工程学院,黑龙江 大庆 163318
传统波动光学法测量样品折射率所采用的探测方法主要是强度探测和波长探测。波长的最佳检测器件为干涉型光谱仪,干涉型光谱仪是通过光功率计测量信号强度、分析条纹数目变化及所对应的光程差,进而计算出信号光波长,因此,其本质仍是以强度探测为基础的。然而,利用强度探测干涉信号,分辨率受经典衍射极限限制,很难得到进一步提升。为了解决这一瓶颈问题,本文提出利用奇偶探测突破经典分辨率的极限限制,实现超分辨率折射率测量。根据量子探测与估计理论,推导了奇偶探测和强度探测折射率测量信号及其灵敏度表达式,并进行了数值对比分析。同时,研究了损耗对系统输出信号分辨率和灵敏度的影响。数值结果表明:奇偶探测分辨率是强度探测的 ${\text{2{\text{π}}}}\sqrt {{N}} $倍,实现了超分辨率折射率测量,最佳灵敏度达到了折射率测量散弹噪声极限 ${\lambda / {\left( {2{\text{π}} l\sqrt N } \right)}}$,损耗降低了信号的分辨率和灵敏度,除极大损耗和极低光子数外,奇偶探测信号分辨率始终优于强度探测。最后,从探测手段本身出发分析了奇偶探测超分辨率折射率测量的物理本质。
折射率测量 奇偶探测 衍射极限 超分辨率 refractive index measurement parity detection diffractive limit super-resolution 
中国光学
2023, 16(2): 434
作者单位
摘要
浙江理工大学纳米测量技术实验室,浙江 杭州 310018
针对空气折射率测量中Edlén公式法测量精度受限于传感器精度,以及固定长度真空腔的激光干涉法条纹整周期难以确定的问题,提出了一种融合激光单频干涉和PTF传感的空气折射率测量方法。设计了基于固定长度单真空腔的正弦相位调制激光干涉空气折射率测量光路。利用低精度传感器获得的空气折射率预测值来确定干涉条纹整数,采用PGC-Arctan算法精确解调干涉信号相位来获得小数干涉条纹,实现空气折射率的大范围高精度实时测量。搭建了实验装置,开展了与Edlén公式法的空气折射率测量比对实验。实验结果显示,在12 min和1 h内,两种方法测得结果具有较好的一致性,两者偏差的标准偏差分别为1.5×10-8和2.3×10-8,表明本文方法可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。
测量 空气折射率测量 激光单频干涉 Edlén公式法 正弦相位调制 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0512001
伯婉 1王梦宇 1,*曾思藩 2何兴道 1[ ... ]刘彬 1,**
作者单位
摘要
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
2 中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川 绵阳 621900
为了对硝酸钆进行高灵敏检测,研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪,微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用,且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强,折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明:当微纳光纤的直径为20 μm时,传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU;对于硝酸钆溶液的质量浓度,该传感器的灵敏度高达0.172 nm/(mg·mL-1)。此外,该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点,在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。
传感器 光纤环形激光器 微纳光纤 倏逝波 折射率测量 硝酸钆测量 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0528002
作者单位
摘要
1 东莞理工学院电子工程与智能化学院, 广东 东莞 523808
2 汕头大学理学院, 广东 汕头 515063
3 东莞理工学院文学与传媒学院, 广东 东莞523808
石墨烯作为碳纳米材料家族的新成员, 具有许多独特的电学和光学性质, 并且其对光纤表面的修饰可以提升光纤传感器的性能。传统的石墨烯修饰光纤表面的方法(液相转移法及气相沉积法)成本较高、操作难度大, 而且会产生有毒气体。针对这一缺点, 提出了一种新的石墨烯修饰光纤表面的方法, 可以将分散液中的石墨烯有效提取并修饰于光纤表面, 形成稳固的石墨层。实验结果表明, 通过该方法修饰的倾斜光纤光栅, 其石墨烯层不仅稳固, 而且还在一定程度上提升了倾斜光纤光栅的折射率响应特性, 灵敏提升了28%。此外, 实验证明, 修饰石墨烯层的倾斜光纤光栅可结合芘硼酸制成葡萄糖传感器, 实现葡萄糖浓度的测量。
石墨烯 表面修饰 倾斜光纤光栅 光纤传感器 折射率测量 graphene surface modification tilted fiber Bragg grating fiber-optic sensor refractive index measurement 
光学与光电技术
2022, 20(4): 57
作者单位
摘要
1 西安交通大学 电信学部,电子与科学工程学院,电子陶瓷与器件教育部重点实验室,陕西 西安710049
2 中国科学院 福建物质结构研究所,福建 福州 350002
折射率是光学晶体的基本参数,准确测定晶体的折射率能够为晶体的电光、声光、非线性应用提供基本计算参数和实验参量。为了准确测定Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)晶体在可见光和近红外波段的折射率系数,搭建了激光自准直折射率测量系统,对纯铌酸锂晶体的折射率测试结果与现有文献报道误差小于1/1 000,使用该系统对沿<001>极化的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.39PbTiO3(PMN-0.39PT)单畴晶体进行了测定,得到了单畴的PMN-0.39PT晶体在波长分别为594 nm、633 nm、1 150 nm和1 520 nm时的折射率和色散方程,测量结果与现有文献规律性一致。结果表明该方法可用于准确快速测定新型电光晶体折射率。
激光自准直法 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)单晶 折射率测量 laser autocollimation PMN-PT single crystal refractive index measurement 
压电与声光
2022, 44(1): 139
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 珠海真理光学仪器有限公司, 广东 珠海 519085
提出一种基于颗粒散射光强正交分布差的颗粒尺寸和折射率同时测量方法。该方法利用颗粒散射光的垂直/平行分量和预设折射率,通过改进的Chahine算法反演得到粒径分布。根据所得粒径分布,计算得到平行/垂直分量,并与测量的平行/垂直分量比对,计算其拟合残差。遍历可能的折射率,使拟合残差趋于无穷小时,所对应的折射率即为颗粒的折射率,对应的粒度分布即为样品粒度分布。对聚丙乙烯标准颗粒、碳化硅及石墨样品进行测量,测量结果显示:对无吸收颗粒,折射率测量准确,吸收性颗粒虚部测量准确,使用所得到折射率测量值可得到准确的粒度分布。
散射 Mie理论 颗粒折射率测量 颗粒粒度测量 偏振散射 
光学学报
2021, 41(19): 1929001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
3 Beijing-Dublin International College, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
Three-dimensional (3D) refractive index (RI) distribution is important to reveal the object’s inner structure. We implemented terahertz (THz) diffraction tomography with a continuous-wave single-frequency THz source for measuring 3D RI maps. The off-axis holographic interference configuration was employed to obtain the quantitative scattered field of the object under each rotation angle. The 3D reconstruction algorithm adopted the filtered backpropagation method, which can theoretically calculate the exact scattering potential from the measured scattered field. Based on the Rytov approximation, the 3D RI distribution of polystyrene foam spheres was achieved with high fidelity, which verified the feasibility of the proposed method.
diffraction tomography three-dimensional terahertz imaging three-dimensional reconstruction algorithm refractive index measurement 
Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123701
王畅 1,2王雪 1,2孙旭晴 1魏茹雪 1,2[ ... ]黄成军 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于棱镜耦合的波长调制表面等离激元共振(SPR)传感器只能在长波段获得较高检测灵敏度,无法兼顾检测范围与检测灵敏度。研究了一种基于物镜耦合激发表面等离激元的波长-角度共同调制的SPR传感装置,使用物镜耦合使角度易于调节,这提高了SPR传感器在短波处的检测灵敏度,从而在较大检测范围内实现了高灵敏度折射率测量。通过理论仿真与实验,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法对不同浓度的葡萄糖溶液的折射率进行测量,动态检测范围为4.4×10 -2 RIU,检测灵敏度达到5066.97 nm/RIU。相较于波长调制SPR传感方法,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法在检测范围不变的情况下,检测灵敏度提高了2.5倍。该检测方法实现了对折射率高灵敏度、高动态检测范围的快速检测,可广泛应用在生物医学及食品安全等领域。
表面光学 表面等离激元共振 折射率测量 波长调制 角度调制 
光学学报
2021, 41(17): 1724001

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