當河道變窄或兩條河水相撞并合并，水流的速度將增加，變得更強。水的流動和光的流動在許多方面是相似的，這激勵了一批來自新加坡南南洋理工大學(xué)和內(nèi)布拉斯加林肯大學(xué)的研究人員進行探討光流在波導(dǎo)中是否表現(xiàn)出同樣的特性，波導(dǎo)即可供電磁波在端點之間進行傳輸?shù)囊环N線性結(jié)構(gòu)。

根據(jù)在《應(yīng)用物理快報》雜志上的報道，他們通過研究這種光纖微型耦合器的紅外傳感特性進行測試，并建立了一個傳感器，其靈敏度要比常規(guī)的基于光纖的生化傳感器的靈敏度高20倍。

通過使用一個技巧性的方法來增加的光學(xué)纖維對周圍的環(huán)境中的小的折射率的變化的靈敏度，光纖上小濃度的分子上或光纖表面附近的變化可以被檢測到。雖然一般的想法是眾所周知的，這種特殊的方法解決了一個現(xiàn)有的靈敏度問題。

該研究團隊的光學(xué)纖維耦合器傳感器的基本概念是“光的干涉，會沿光纖耦合器進行傳輸，”LeiWei解釋說，他是南洋理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院和工程學(xué)院的助理教授。

干涉是一種常見的自然現(xiàn)象，當光、聲，甚至水波在同一個空間時，就會有可能發(fā)生。

“在我們的工作中，當光沿光纖傳播時，兩個不同的光纖傳導(dǎo)模式在耦合器中可被激發(fā)，并且干擾也會發(fā)生，”Wei補充說。

基于光學(xué)干涉的傳感器目前被用于包括生物測量領(lǐng)域內(nèi)的許多應(yīng)用，并且使用光纖使這些設(shè)備非常緊湊合經(jīng)濟。

“但據(jù)報道，目前的大多數(shù)光纖生化傳感器的一個缺點是，他們表現(xiàn)出高的靈敏度只有當周圍的折射率(RI)和光纖的折射率(1.44)很接近時才會實現(xiàn)，”魏解釋說?！霸趯嵺`中，檢測到的生物分子實際上是制備的水溶液的形式，有一個RI相當接近的水折射率(1.33)，因此，實現(xiàn)高靈敏度的追蹤目標的分析和小分子的檢測是從根本上對于基于光纖傳感器具有挑戰(zhàn)性。

該小組的研究過程中，他們創(chuàng)造了一種光學(xué)纖維耦合器傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)超高靈敏度的“低折射率范圍的傳感，在1.33折射率范圍，通過精確設(shè)計參數(shù)，最小化‘偶超?！汀娉！赫凵渎什?，”他補充說。

什么叫做超模?一個典型的光學(xué)纖維耦合器是由兩平行，緊密排列的微纖維的兩輸入(P1和P2)和兩個輸出(P3和P4)端口，兩個過渡錐，和中央統(tǒng)一的“腰形”區(qū)域。由輸入模式所產(chǎn)生的注入模式場被稱為“超?！保ㄆ鏀?shù)和偶數(shù)的分布。當奇偶超模沿光纖耦合器傳播，功率的交換和由此產(chǎn)生的干涉譜可以在輸出端得到。

該小組的實驗結(jié)果表明，其傳感器是更敏感的~20X比常規(guī)光纖生物傳感器。

“由此產(chǎn)生的超靈敏的機制不僅創(chuàng)造了一個廣泛的在化學(xué)和生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用機會，也拓寬了其他的干涉型光纖傳感器的劇目，甚至聲學(xué)傳感器，”魏說。

由于其超高靈敏度，該研究小組的這種是理想的目標物的分析和小分子檢測的選擇。

“它也可以在醫(yī)療診斷和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多種的應(yīng)用，如癌癥和其他疾病的早期檢測，以及在水中的重金屬檢測，”Wei指出?！霸诓痪玫膶?，我們希望發(fā)展成為一個新的傳感平臺，具有超高靈敏度和快速響應(yīng)時間，且具有可行性、低成本的特點，可實現(xiàn)在醫(yī)生的辦公室中的應(yīng)用?！?/P>

該小組的下一步是“使傳感器成陣列，并進一步探討其對癌癥生物標志物的傳感性能，”Wei說。

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