Как сообщает группа в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing, они проверили это, изучив характеристики инфракрасного зондирования оптических микроволоконных сенсоров, и в итоге создали сенсор, который примерно в 20 раз более чувствителен, чем обычный оптоволоконный сенсор. на основе биохимических сенсоров.Используя продуманный подход к увеличению чувствительности оптических волокон к небольшим изменениям показателя преломления в окружающей среде, можно обнаружить небольшие концентрации молекул на поверхности волокна или вблизи нее.
Хотя общая идея хорошо известна, этот конкретный подход решает существующую проблему чувствительности.Основная концепция, лежащая в основе оптического датчика соединителя из микрофибры, — это «интерференция света, который распространяется по оптическому соединителю из микрофибры», — пояснил Лэй Вэй, доцент Школы электротехники. Электронная инженерия, Инженерный колледж, Технологический университет Наньян.
Помехи — обычное природное явление, проявляющееся в световых, звуковых или даже водных волнах, когда две или более волны находятся в одном пространстве.«В нашей работе в соединителе из микроволокна могут быть возбуждены две различные оптические моды, и при их распространении по оптоволокну возникают интерференции», — добавил Вэй.Датчики на основе оптических помех в настоящее время используются во многих приложениях в области биологических измерений, а использование оптических волокон делает такие устройства чрезвычайно компактными и экономичными.
«Но недостатком большинства оптоволоконных биохимических датчиков, о которых сообщалось на сегодняшний день, является то, что они демонстрируют высокую чувствительность только тогда, когда показатель преломления (RI) окружающей среды приближается к показателю преломления оптического волокна (~ 1,44)», — пояснил Вэй. «На практике детектируемые биомолекулы практически готовятся в виде водных растворов, у которых RI очень близок к RI воды (~ 1,33), поэтому достижение высокой чувствительности для обнаружения следовых количеств аналита и малых молекул является принципиально сложной задачей для волоконно-оптических систем. датчики ".Во время исследования группы они создали оптический датчик с соединителем из микрофибры, способный обеспечивать сверхвысокую чувствительность «при низком RI — около 1,33 — за счет точной разработки параметра, минимизирующего разницу между эффективными групповыми индексами« четной супермоды »и« нечетной ». супермодель », — добавил он.
Что за супермод? Типичный оптический микроволоконный соединитель состоит из двух параллельных, плотно упакованных микроволокон с двумя входными (P1 и P2) и двумя выходными (P3 и P4) портами, двумя переходными конусами и центральной однородной областью в форме талии. Модальные поля, вводимые из режимов ввода, известны как «супермоды», которые включают нечетные и четные распределения.
Когда четные и нечетные супермоды распространяются по оптическому соединителю из микроволокна, происходит обмен мощностью, и результирующий интерферометрический спектр может быть получен на его выходных портах.Экспериментальные результаты группы показали, что их сенсор значительно более чувствителен — примерно в 20 раз — чем обычные биохимические сенсоры на основе оптоволоконных сенсоров.«Полученный в результате сверхчувствительный механизм не только открывает возможности для широкого спектра применений в области химических и биологических датчиков, но также расширяет набор других интерферометрических оптоволоконных датчиков и даже акустических датчиков», — сказал Вэй.
Благодаря своей сверхвысокой чувствительности датчик группы идеально подходит для обнаружения следовых количеств аналитов и малых молекул.«Он также может найти применение в области медицинской диагностики и мониторинга окружающей среды, таких как раннее обнаружение рака и других заболеваний, а также обнаружение тяжелых металлов в воде», — отметил Вэй. «В ближайшем будущем мы надеемся превратить его в новую сенсорную платформу со сверхвысокой чувствительностью и малым временем отклика, подходящую для недорогих приложений в кабинетах врачей».
Следующим шагом группы является «преобразование датчика в массивы и дальнейшее изучение его способности распознавать биомаркеры рака», — сказал Вэй.