太赫兹调制器作为太赫兹技术应用的重要器件之一，在太赫兹通信、成像和传感等领域具有广泛应用前景。但是目前太赫兹调制器调制深度、工作带宽、稳定性等有待提升，这制约了太赫兹技术的进一步推广与发展。基于此，设计并制备了一种新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤（SPTF）调制器，将砷化镓转移到太赫兹光纤抛磨区，增强太赫兹波倏逝场与砷化镓相互作用。在外置808 nm激光器照射下实现对太赫兹波幅度调制，调制深度达到97.4%。实验结果表明，这种新型的光纤调制器具有较好的光控调制效果。同时，该器件体积小、集成度高，具有广泛应用的潜力。

Side polished fiber (SPF) has a controllable average roughness and length of the side-polishing region, which becomes a versatile platform for integrating multiple materials to interact with the evanescent field to fabricate all-fiber devices and sensors. It has been widely used in couplers, filters, polarizers, optical attenuators, photodetectors, modulators, and sensors for temperature, humidity, strain, biological molecules, chemical gas, and vector magnetic monitoring. In this article, an overview of the development history, fabrication techniques, fiber types, transmission characteristics, and varied recent applications of SPFs are reviewed. Firstly, the fabrication techniques of SPFs are reviewed, including the V-groove assisted polishing technique and wheel polishing technique. Then, the different types of SPFs and their characteristics are discussed. Finally, various applications of SPFs are discussed and concluded theoretically and experimentally, including their principles and structures. When designing the device, the residual thickness and polishing lengths of the SPF need to be appropriately selected in order to obtain the best performance. Developing all-fiber devices and sensors is aimed at practical usability under harsh environments and allows to avoid the high coupling loss between optical fibers and on-chip integrated devices.

介绍了一种基于单模光纤侧边粗抛磨增敏技术的光纤曲率传感系统,采用脉冲自参考信号解调技术对增敏区的透过率进行高精度测量。通过悬臂梁曲率测量实验,测定传感器敏感区的线性响应系数是0.593,系统测量噪声幅度为5.9×10 -5,经过悬臂梁位移与曲率换算,可知该系统的曲率分辨率可达9.95×10 -5 m -1。该系统具有结构简单、响应带宽宽和可实现时分复用等优点。

提出了一种基于侧边抛磨光纤的氧化石墨烯增强型表面等离子体共振光纤传感器。以银膜为激发表面等离子体波的金属层,采用正十八硫醇作为桥连层,在银基光纤传感器表面修饰了寡层氧化石墨烯纳米膜。表层复合膜为银膜提供了钝化保护,传感器稳定性增强。在1.32~1.34 RIU(RIU为单位折射率)的检测区域中,其平均灵敏度达到2252.5 nm/RIU,相比于氧化石墨烯修饰前的同结构、同参数的光纤传感器,其折射率灵敏度提高了1.48倍,且器件优化指标没有因为膜层增加而大幅降低。该传感器生物分子组装效率高,可进一步应用于抗体、抗原免疫检测等领域。

为了实现在侧边抛磨光纤(SPF)上制作布拉格光栅结构并提高器件设计灵活性, 利用重铬酸盐明胶(DCG)作为光刻材料, 提出一种新型的光纤表面布拉格光栅制作方法并对该器件温度传感特性进行研究。使用轮式抛磨系统制作SPF,并在SPF侧抛面上旋涂DCG,通过干涉光束曝光显影制作表面布拉格光栅。光谱测量表明: 带有布拉格光栅的侧边抛磨光纤在1 480.2 nm处有透射谷, 在相应位置反射谱有明显反射峰, 其调制幅度达到15.9 dB, 这是由于表面光栅的布拉格反射所致。温度传感实验表明, 该布拉格反射峰的温度灵敏度为17.84 pm/℃。这种器件已在光纤传感和光纤滤波器等方面获得应用。

利用还原氧化石墨烯和侧边抛磨光纤制作了一种新型的基于石墨烯的光纤甲苯传感器。传感器可在室温环境下工作，响应及恢复时间均约为256 s，对甲苯浓度（体积分数）的最低检出限小于等于7.9×10-5。传感器在对低浓度甲苯的探测中具有良好的线性及可恢复性。基于传感机理理论模型的估算表明，石墨烯的掺杂水平对传感器的灵敏度具有重要影响，石墨烯化学势的适当提高可以显著提升传感器的灵敏度。滞留水分子对传感所带来的影响也可通过对湿度的监测和控制加以评估及利用。传感器在实现低功耗、低制作成本、较高的灵敏度、快速响应及可有效恢复的甲苯探测中具有很大潜力。

测量侧边抛磨光纤(side-polished fiber, SPF)的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义, 现今的测量方法均有所不足, 现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点, 基于数字全息成像技术, 通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构, 并通过精确最小二乘法解相位包裹, 得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图, 进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜(SEM)测量结果相比, 测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法, 减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差, 为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时, 此方法还可应用于测量其他特种光纤, 例如光子晶体光纤、微纳光纤等。

光纤表面等离子体共振传感器具有体积小、抗电磁干扰,可以实现在线实时远距离检测的优点.为提高传感器的性能,建立了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感的物理模型,分别研究了侧边抛磨光纤的剩余厚度、银膜层的厚度对传感器的灵敏度、共振峰的深度和半高全宽等的影响.结果表明:光纤剩余厚度越小,表面等离子体共振现象越强;随银膜层的厚度增大,共振峰的宽度变宽,而传感器的灵敏度呈现非单调变化.通过综合表面等离子体共振传感器的折射率传感灵敏度和共振峰半高全宽,提出了质量因数作为传感器的优化指标,并最终得到最优化的设计方案为光纤剩余厚度为66.5 μm,银膜的厚度为50 nm,此时质量因数达到98.67.

为了满足表面等离子体传感器高灵敏度、高线性以及较大测量范围的需求, 提出侧边抛磨光纤耦合的三角形纳米金柱阵列等离子体共振传感模型.用有限元法仿真得出侧边抛磨光纤倏逝场激发出三角形纳米金柱的三种等离子体共振模式, 分别为传输等离子体、三角形纳米金柱的本征等离子体和柱间等离子体, 在传感器透射谱中呈现三个共振波谷.本征等离子体和柱间等离子体均属于局域等离子体, 所对应的共振波谷对外界环境折射率的灵敏度较低但具有很高的线性度.传输等离子体对应的波谷随折射率变化灵敏度很高且呈非线性关系, 优化后三角形金柱阵列设计中, 当折射率为1.38~1.42RIU时, 灵敏度高达12 882 nm/RIU.该传感结构集成了侧边抛磨光纤的强倏逝场, 具有传输等离子体的高灵敏度、局域等离子体的高线性度和大测量动态范围等优点, 有重要的研究意义和实用价值.

将还原氧化石墨烯（rGO）沉积在侧边抛磨光纤（SPF）上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度(RH)为70%~95%]，传感器的光功率变化达到6.9 dB，尤其在RH 为75%~95%区域，传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应，灵敏度可达0.31 dB/(%RH)，响应速度快于0.13 (%RH)/s，并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果，并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充，并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。