緊湊型的折射率光纖感測器可在狹窄的空間進行感測測量

研究人員設計了一種新的感測器，如圖（a）示意，感測器是基於S形拉錐的光纖探針（STFP）結構，可用於高靈敏度折射率的測量。當來自寬頻源（BBS）的光進入光纖的錐形區域時，一部分光與周圍的樣品相互作用，從而改變光的光譜。這種變化的光通過光纖反射到光譜分析儀（OSA），監測和記錄光譜的變化，從而可以提供有關樣品化學的信息。圖片來源：中國科學院。

研究人員已經開發出一種新的高靈敏度的柔性感測器，用於在非常小的空間內進行各種化學和生物分析。感測器的體積小，意味著它可能被用於血管內的參數測量。隨著進一步的發展，感測器可能被用來檢測特定的化學物質、DNA分子或病毒等物質。

「我們設計的這種新的光纖感測器具有結構簡單、製造便宜而足夠小，可在狹窄的區域內實現高靈敏度的測量，」 Chao Chen說，他是來自中國科學院長春光機所的一個研究團隊的成員。「在未來，它可以用於化學和生物感測的各種應用。」

新的感測器包括一個1毫米長的光學纖維結構，其結構上的一端彎成一個稱為錐度的部分。通過檢測被稱為折射率的光學特性的變化，該裝置可以檢測濃度、pH值和其他化學參數。

在《光學材料快報（Optical Materials Express）》雜誌上，研究人員發現他們的感測器設計比其他錐形光纖折射率感測器的靈敏度高九倍。他們還表明，設備的測量不受溫度變化的影響，這有助於確保準確的分析。

緊湊的結構設計

為了方便利用感測器，研究人員通過光纖發出一種特殊的超連續光源。當光線進入光纖的錐形區域時，其中的一部分逸出並與周圍的樣品相互作用，從而改變光的光譜。這種改變的光在光纖的末端撞擊銀鏡，通過光纖反射到光譜分析儀，監測和記錄光譜的變化。光譜位移可以用來測定樣品的化學性質。

這種新型的感測器改進了先前研製的一種用於折射率感測的S錐。為了使它對狹窄或有限的空間更有用，他們設計了新的感測器來使用反射光而不是通過樣品後的透射傳輸的光。這種改變使設備的測量對插入樣品時可能遇到的小彎曲不那麼敏感。這種S形錐度也使得光纖的感測部分比錐形光纖上的其他折射折射率感測器小，因為這種感測器的長度太長，無法形成緊湊的探頭。

為了測試新的感測器設計，研究人員在室溫下浸泡在不同濃度的甘油水溶液中。通過監測反射光譜的變化，研究人員證明了感測器對周圍溶液折射率變化非常敏感。當感測器將感測器從室溫加熱到100攝氏度，且溫度以10度遞增時，感測器的反射光譜變化不大。這表明溫度變化不影響感測器的精度。

接下來，研究人員計劃測試光纖錐度是否更窄，這可能進一步提高感測器的靈敏度。他們還想製造一種在纖維表面上帶有功能化材料的感測器，它可以與特定的分子結合，使感測器能夠檢測DNA或病毒的存在。

來源：https://phys.org/news/2018-03-compact-fiber-optic-sensor-sensitive.html

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