Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 College of Materials and Chemistry, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
The pandemic of respiratory diseases enlightened people that monitoring respiration has promising prospects in averting many fatalities by tracking the development of diseases. However, the response speed of current optical fiber sensors is still insufficient to meet the requirements of high-frequency respiratory detection during respiratory failure. Here, a scheme for a fast and stable tachypnea monitor is proposed utilizing a water-soluble C60-Lys ion compound as functional material for the tracking of humidity change in the progression of breath. The polarization of C60-Lys can be tuned by the ambient relative humidity change, and an apparent refractive index alteration can be detected due to the small size effect. In our experiments, C60-Lys is conformally and uniformly deposited on the surface of a tilted fiber Bragg grating (TFBG) to fabricate an ultra-fast-response, high-sensitivity, and long-term stable optical fiber humidity sensor. A relative humidity (RH) detecting sensitivity of 0.080 dB/% RH and the equilibrium response time and recovery time of 1.85 s and 1.58 s are observed, respectively. Also, a linear relation is detected between the resonance intensity of the TFBG and the environment RH. In a practical breath monitoring experiment, the instantaneous response time and recovery time are measured as 40 ms and 41 ms, respectively, during a 1.5 Hz fast breath process. Furthermore, an excellent time stability and high repeatability are exhibited in experiments conducted over a range of 7 days.
humidity sensor fullerene derivative optical fiber sensing tilted fiber Bragg grating nanomaterials 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021201
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical, Electronic and Communications Engineering, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
2 Institute of Smart Cities, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
3 Department of Electronics, Carleton University, Ottawa (Ontario) K1S 5B6, Canada
Multiple mode resonance shifts in tilted fiber Bragg gratings (TFBGs) are used to simultaneously measure the thickness and the refractive index of TiO2 thin films formed by Atomic Layer Deposition (ALD) on optical fibers. This is achieved by comparing the experimental wavelength shifts of 8 TFBG resonances during the deposition process with simulated shifts from a range of thicknesses (T) and values of the real part of the refractive index (n). The minimization of an error function computed for each (n, T) pair then provides a solution for the thickness and refractive index of the deposited film and, a posteriori, to verify the deposition rate throughout the process from the time evolution of the wavelength shift data. Validations of the results were carried out with a conventional ellipsometer on flat witness samples deposited simultaneously with the fiber and with scanning electron measurements on cut pieces of the fiber itself. The final values obtained by the TFBG (n = 2.25, final thickness of 185 nm) were both within 4% of the validation measurements. This approach provides a method to measure the formation of nanoscale dielectric coatings on fibers in situ for applications that require precise thicknesses and refractive indices, such as the optical fiber sensor field. Furthermore, the TFBG can also be used as a process monitor for deposition on other substrates for deposition methods that produce uniform coatings on dissimilar shaped substrates, such as ALD.
tilted fiber Bragg grating (TFBG) mode transition ellipsometer 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 230048
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
黄妍 1,2,*李培岩 1吕国辉 1,2李宏伟 1,2[ ... ]姚哲理 1
作者单位
摘要
1 黑龙江大学电子工程学院,黑龙江 哈尔滨 150080
2 黑龙江大学光纤传感技术国家地方联合工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150080
为替代现有加油站人工测量乙醇含量方式和提高站端油品质量检测效率,基于倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)对外界折射率的敏感特性,使其能够反映出乙醇含量不同导致的乙醇汽油折射率变化,提出一种对乙醇汽油中乙醇含量进行现场实时检测的新方法。利用耦合模理论对TFBG的光谱特点进行了分析,并探究了TFBG在乙醇汽油中乙醇含量检测过程中的传感特性。实验结果表明,所提方法在乙醇含量为8.3%~14.3%的乙醇汽油检测中的灵敏度为6.5 nm/RIU(RIU为折射率单位),线性拟合度为0.949。通过波长解调方法对E10乙醇汽油样品进行传感器的检测精度验证,乙醇体积分数的检测值为10.2%,相对误差为2%,验证了TFBG用于乙醇汽油中乙醇含量检测的可行性。
光纤光学 倾斜光纤布拉格光栅 乙醇汽油 乙醇含量 波长解调 折射率 
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0106001
作者单位
摘要
2Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou, Guangdong 511443, China

基于平板波导近似模型构建了光纤基底圆环薄膜波导的模式方程,得到离散分布的薄膜波导模式,进一步结合全矢量模式理论,获得了光纤模式转换的新理解。按照从高阶至低阶(而不是广泛认知的从低阶至高阶)的模式顺序,具有一定厚度的圆环薄膜波导引起光纤包层模转变为相位匹配的薄膜包层模,继续增大圆环薄膜波导厚度,会破坏相位匹配条件而使该薄膜包层模再次转变为相邻的低阶光纤包层模,并依此形成周期的模式转换过程。最后,通过氧化铟锡镀膜倾斜布拉格光纤光栅的光谱变化验证上述机理,分析发现了正交偏振薄膜波导模(P和S偏振态)的同周期但非同步的激发过程及其对光纤偏振的周期调控规律,理论分析与前期实验结果一致。研究结果为光纤矢量参数传感(振动、扭转、压力、声场等)、光纤生物传感(体折射率与面折射率区分测量)及光通信偏振滤波等研究提供新思路。

光纤光学 薄膜波导 模式转换 偏振调控 倾斜布拉格光纤光栅 光纤传感 
光学学报
2021, 41(13): 1306018
作者单位
摘要
南京邮电大学光电工程学院, 江苏 南京 210023
采用等离子体增强化学气相沉积法, 通过设置等离子体发生器的功率和生长时间来控制石墨烯的层数, 生长出了高质量和高透明度的石墨烯; 将3.7 nm厚度的石墨烯(约11层)涂覆在倾斜角度为8°的光纤光栅上进行实验, 测得光栅在折射率1.33附近的灵敏度达到-1.57161 RIU-1, 与未镀石墨烯的光栅相比, 灵敏度约提高20倍。在光纤光栅表面涂覆石墨烯可明显提高倾斜光栅在低折射率区域的灵敏度, 在生物、化学、食品安全和水环境监测等领域具有潜在应用价值。
传感器 折射率传感 倾斜光纤光栅 等离子体增强化学气相沉积法 石墨烯 
中国激光
2017, 44(12): 1210001
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
受激拉曼散射(SRS)是制约光纤激光器功率进一步提升的重要因素之一。提出利用啁啾倾斜Bragg光纤光栅(CTFBG)抑制SRS, 针对1018 nm光纤激光SRS信号设计并制作了1066 nm啁啾倾斜光纤光栅, 搭建实验系统, 对拉曼信号滤除效果进行了验证。结果表明, 设计的CTFBG对1级SRS信号的抑制接近20 dB, 取得了很好的效果。研究结果对利用CTFBG抑制大功率光纤激光振荡器和放大器中的SRS, 进一步提高光纤激光的效率和输出功率具有一定意义。
光纤光学 倾斜Bragg光纤光栅 光纤激光器 受激拉曼散射 
光学学报
2017, 37(1): 0106002
作者单位
摘要
北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044
对ROF(radio over fiber, 光载射频)系统在应用过程中的调制方式进行了分析, 同时通过一系列实验证明单边带调制更适合应用于ROF系统的通信过程。因此, 基于闪耀光纤光栅(TFBG, tilted fiber bragg grating)的复耦合模理论对光栅的谱的性能进行了分析和实验, 不难发现, 经过对TFBG进行特定的设计后, 可以将TFBG应用于ROF系统中对双边带信号进行反射或者透射实现单边带调制, 这样既减少了输出振幅随着距离的周期性变化, 也提高了信号的传输效率和接收灵敏度。
闪耀光纤光栅 ROF系统 单边带调制 tilted fiber Bragg grating radio over fiber (ROF) system single side band modulation 
光电技术应用
2014, 29(5): 42
作者单位
摘要
东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
利用耦合模原理, 研究了倾斜光纤光栅的温度传感原理, 分析了基模及高阶模透射谱的温度特性, 仿真模拟了基模谐振波长和高阶模谐振波长的温度漂移特性, 研究了倾斜角度对谐振波长的影响。结果表明: 各个模式的谐振波长均随温度线性增长; 倾斜角度的增加, 中心波长不漂移, 透射带宽变窄。其结果对倾斜Bragg 光纤光栅的生产和应用具有一定的指导作用。
倾斜光纤光栅 透射谱 温度传感 tilted fiber Bragg grating transmission spectrum temperature sensing 
光学技术
2014, 40(4): 327
作者单位
摘要
东北石油大学 电子科学学院,黑龙江 大庆163318
倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。
倾斜光纤光栅(TFBG) 透射谱 周期 理论仿真 tilted fiber Bragg grating(TFBG) transmission spectrum period theory simulation 
光学仪器
2014, 36(1): 58

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