«Наш новый волоконный датчик имеет простую конструкцию и недорогой в изготовлении, но при этом достаточно мал для высокочувствительных измерений в узких областях», — сказал Чао Чен, член исследовательской группы из Чанчуньского института оптики, точной механики и физики, Китай. Академия наук Китая. «В будущем его можно будет использовать для химического и биологического зондирования во множестве приложений».Новый датчик состоит из участка конца оптического волокна длиной 1 миллиметр, который сужается и изгибается в форме S-конуса.
Обнаруживая изменения в оптическом свойстве, известном как показатель преломления, устройство может определять концентрацию, pH и другие химические параметры.В журнале Optical Materials Express исследователи показывают, что конструкция их сенсора в девять раз более чувствительна, чем другие сенсоры показателя преломления с коническим волокном. Они также демонстрируют, что на измерения устройства не влияют изменения температуры, что помогает обеспечить точный анализ.
«Крошечный датчик потенциально может использоваться на нефтеперерабатывающих заводах для обнаружения утечек, которые могут привести к пожару или взрыву», — сказал Чен. «Устройство является чувствительным и требует очень небольшого количества пробы для анализа, характеристики, которые могут сделать его полезным, например, для обнаружения загрязняющих веществ в продуктах питания».Дизайн для узких пространствЧтобы управлять датчиком, исследователи посылают белый свет от специального источника суперконтинуума через волокно.
Когда свет попадает в сужающуюся область волокна, его часть ускользает и взаимодействует с окружающим образцом, сдвигая спектр света. Этот измененный свет попадает на серебряное зеркало на конце волокна и отражается обратно через волокно в оптический анализатор спектра, который отслеживает и записывает изменение спектра. Спектральные сдвиги можно использовать для определения химических свойств образца.
Новый датчик является усовершенствованным по сравнению с ранее разработанным исследователями датчиком с S-образным конусом для определения показателя преломления. Чтобы сделать его более полезным для узких или ограниченных пространств, они разработали новый датчик для использования отраженного света, а не света, который проходит через образец. Это изменение сделало измерения устройства менее чувствительными к небольшим изгибам, которые может возникнуть при вставке волокна в образец.
S-образный конус также делает чувствительную часть волокна меньше, чем другие датчики показателя преломления на отражение, основанные на сужающихся волокнах, которые слишком длинные для создания компактного зонда.Чтобы проверить новую конструкцию сенсора, исследователи погрузили его в водно-глицериновые растворы различной концентрации при комнатной температуре. Наблюдая за сдвигом спектров отражения, исследователи продемонстрировали, что датчик очень чувствителен к изменениям показателя преломления в окружающем растворе. Когда они нагревали сенсор от комнатной температуры до 100 градусов Цельсия с шагом 10 градусов, спектр отражения сенсора изменился очень мало.
Это показало, что изменение температуры не влияет на точность датчика.Затем исследователи планируют проверить, может ли сужение волокна еще больше повысить чувствительность датчика.
Они также хотят создать версию сенсора с функционализированным материалом на поверхности волокна, который будет связываться с определенными молекулами, что позволит сенсору обнаруживать, например, присутствие ДНК или вирусов.