光纖集成式平面光子晶體SPR傳感實時定量監(jiān)測系統(tǒng)基本信息

中文名 光纖集成式平面光子晶體SPR傳感實時定量監(jiān)測系統(tǒng) 依托單位 復(fù)旦大學(xué)
項目類別 青年科學(xué)基金項目 項目負(fù)責(zé)人 陸冰睿

金屬性納米亞波長平面光子晶體的表面等離子體共振（SPR）透射增強光譜的波峰位置與光子晶體表面覆蓋材料的平均折射率間具有密切的關(guān)系。本項目研究二維金屬光子晶體與SPR信號的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機理，建立利用二維金屬光子晶體特殊結(jié)構(gòu)和表面特定金屬材料層產(chǎn)生的SPR增強信號進(jìn)行生物檢測與監(jiān)測的模型，以此為基礎(chǔ)對新型非平面納米加工技術(shù)進(jìn)行開發(fā)性研究，制備光纖式平面金屬光子晶體SPR傳感集成系統(tǒng)，對材料進(jìn)行非破壞性實時定量分析。本項目的研究按照項目計劃中“建立簡單模型——納米工藝研究——設(shè)計參數(shù)優(yōu)化——系統(tǒng)集成——實例演示”的路線進(jìn)行展開，在具體工作中將模型計算和納米工藝研究并進(jìn)，在完成兩者的優(yōu)化設(shè)計后實現(xiàn)系統(tǒng)集成的研究并完成演示，在結(jié)構(gòu)的物理原理研究和納米工藝技術(shù)的研究方面均有進(jìn)展，達(dá)到研究目標(biāo)。對納米平面金屬材料光子晶體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種設(shè)計比較，包括空心環(huán)狀單元、緊密排列納米金屬柱、圓孔陣列以及底部帶有金屬盤的圓孔陣列，研究其本征SPR特性的研究及在生物化學(xué)檢測中的響應(yīng)特性；針對每種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的納米工藝研究，以電子束光刻為前期基礎(chǔ)，針對不同設(shè)計所制備的器件進(jìn)行工藝設(shè)計，注重于提高納米加工的尺度和精度，其后以電子束光刻結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕等工藝手段制備壓印模板，用于光纖集成的納米壓印工藝開發(fā)。在完成系統(tǒng)集成后，進(jìn)行了化學(xué)檢測的光譜檢測演示和色譜檢測演示，實現(xiàn)研究目標(biāo)。本項目研究中，對多種納米結(jié)構(gòu)的SPR特性的系統(tǒng)研究為未來相應(yīng)工作打下了堅實的基礎(chǔ)，其中開發(fā)的10nm線寬電子束工藝、超高高寬比金屬柱陣列電鍍工藝、對底部金屬圓盤的納米孔陣結(jié)構(gòu)的共振能級分裂機制的研究在國際上均具有前沿性，是較為成功的研究成果。本項目的研究工作可以創(chuàng)造一個實時監(jiān)測的研究手段，提供大量數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)生物分析的定量化研究提供了可能；能夠延伸到其他應(yīng)用領(lǐng)域，如材料分析，血液分析，毒物分析，環(huán)境監(jiān)測，光刻膠折射率檢測，高分子材料交聯(lián)固化機理研究等；能夠利用溫度、濕度、營養(yǎng)等控制參數(shù)對生物體演化過程的影響，通過實時監(jiān)測進(jìn)行記錄，完成對該過程的控制與監(jiān)測；有助于對生物演變的內(nèi)在過程的認(rèn)知和探究；還可用于藥物試驗，檢測藥物對生物的影響；并有望發(fā)展成為一種生物醫(yī)療的科研設(shè)備，為進(jìn)一步的向醫(yī)療診斷發(fā)展提供研究方向； 在此基礎(chǔ)上最終提高醫(yī)療保健水平，提高人民生活質(zhì)量。 2100433B

光纖集成式平面光子晶體SPR傳感實時定量監(jiān)測系統(tǒng)造價信息

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材料名稱 規(guī)格/型號 市場價
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（除稅）		 行情 品牌 單位 稅率 供應(yīng)商 報價日期
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材料名稱 規(guī)格/型號 除稅
信息價		 含稅
信息價		 行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時間
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材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數(shù) 最新報價
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金屬性納米亞波長平面光子晶體的表面等離子體共振（SPR）透射增強光譜的波峰位置與光子晶體表面生物分子的折射率間具有密切的關(guān)系。本項目利用該關(guān)系制備光纖式平面金屬光子晶體SPR傳感集成系統(tǒng)，對生物化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行非破壞性實時定量分析，并以蛋白分子材料表面吸附過程的監(jiān)測為實例進(jìn)行成果展示。以數(shù)值計算和FDTD計算機模擬相結(jié)合為理論基礎(chǔ)對器件結(jié)構(gòu)和材料建模，參考檢測實際情況細(xì)化模型，采用電子束光刻、納米壓印、干涉光刻等納米加工方法制備平面器件，并設(shè)計全新工藝技術(shù)將器件集成于光纖頂端，并與光源、光譜儀形成監(jiān)測系統(tǒng)，對材料的生物化學(xué)演化進(jìn)行實時監(jiān)測，實現(xiàn)分析的定量化，通過記錄實現(xiàn)各控制參數(shù)對生物過程影響的控制與檢測，為納米尺度小樣本生化研究提供實時監(jiān)測的研究手段，為認(rèn)知其內(nèi)在過程創(chuàng)造條件。該研究手段有望發(fā)展成為一種生物醫(yī)療的科研設(shè)備，或延伸到其他應(yīng)用，如材料分析，血液分析，毒物分析，藥物測試及環(huán)境監(jiān)測。

光纖集成式平面光子晶體SPR傳感實時定量監(jiān)測系統(tǒng)常見問題

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    光纖測溫的機理是依據(jù)后向喇曼散射效應(yīng)。光纖既是傳感器又是信號傳輸通道，系統(tǒng)利用光纖所處空間溫度場對光纖中的向后散射光信號進(jìn)行調(diào)研，再經(jīng)過信號調(diào)解、和處理將溫度信息實時顯示出來。在時間上，利用光纖中光波...

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光纖集成式平面光子晶體SPR傳感實時定量監(jiān)測系統(tǒng)文獻(xiàn)

光子晶體光纖研究 光子晶體光纖研究

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光子晶體光纖以其靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計和高非線性、平坦色散、高雙折射等獨特光學(xué)特性吸引了越來越多的關(guān)注。簡單介紹了光子晶體光纖的分類,導(dǎo)光機理,詳細(xì)討論了其相關(guān)光學(xué)特性,最后介紹了光子晶體光纖的研究進(jìn)展。

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光子晶體光纖 光子晶體光纖

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光子晶體光纖獨特的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)模機制使它具有其他普通光纖無法比擬應(yīng)用前景。本文對晶體光纖的定義、分類、特性和目前的研究情況做了詳細(xì)的分析。

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光子晶體光纖( PCF)是一種新型三維布拉格光柵光纖，由包含小氣孔的玻璃纖維構(gòu)成。因為能夠?qū)⒐庀拗圃谥锌绽w芯內(nèi)，這種限制特性是傳統(tǒng)光纖所不具備的，特別適用于傳輸高能量的非線性光學(xué)裝置。根據(jù)不同散射信號的頻率偏移，可使用光子晶體光纖通過布里淵散射傳感對溫度和應(yīng)變同時進(jìn)行測量。光子晶體光纖的缺點是成本極高。

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光子晶體光纖分類

光子晶體光纖按照其導(dǎo)光機理可以分為兩大類:折射率導(dǎo)光型(IG-PCF)和帶隙引導(dǎo)型(PCF)。帶隙型光子晶體光纖能夠約束光在低折射率的纖芯傳播。第一根光子晶體光纖誕生于1996年，其為一個固體核心被正六邊形陣列的圓柱孔環(huán)繞。這種光纖很快被證明是基于內(nèi)部全反射的折射率引導(dǎo)傳光。真正的帶隙引導(dǎo)光子晶體光纖誕生于1998年。帶隙型光子晶體光纖中，導(dǎo)光中心的折射率低于覆層折射率。空心光子晶體光纖(Hollow-core PCF,HC-PCF)是一種常見的帶隙型光子晶體光纖。光子晶體光纖主要通過堆疊的方式拉制而成，有些情況下會使用硬模(die)來輔助制造

折射率導(dǎo)光型光子晶體光纖特性及應(yīng)用

折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖具有無截止單模特性 、大模場尺寸 /小模場尺寸和 色散可調(diào)特性(調(diào)節(jié)d,Λ等，無須摻雜)等特性。被廣泛應(yīng)用于色散控制 (色散平坦，零色散位移可以到800nm)，非線性光學(xué) (高非線性，超連續(xù)譜產(chǎn)生)，多芯光纖 ，有源光纖器件(雙包層PCF有效束縛泵浦光)和光纖傳感等領(lǐng)域。

帶隙型光子晶體光纖特性及應(yīng)用

空隙帶隙型光子晶體光纖具有易耦合，無菲涅爾反射，低彎曲損耗、低非線性和特殊波導(dǎo)色散等特點被廣泛應(yīng)用于高功率導(dǎo)光，光纖傳感和氣體光纖等方面。光子晶體光纖的發(fā)展為光纖傳感開拓了廣闊的空間，尤其是在生物傳感和氣體傳感方面為光纖傳感技術(shù)帶來新的發(fā)展。

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光子晶體在光纖領(lǐng)域的研究已多年,主要研究內(nèi)容是具有高折射率的周期性微結(jié)構(gòu)光纖,最典型的是在SiO2 材料環(huán)境中的周期性氣孔結(jié)構(gòu),通常被稱為光子晶體光纖( PCF)。 光子晶體光纖(PCF)又稱為多孔光纖(Hole fiber),它由純SiO2 和空氣孔構(gòu)成, 其橫截面是沿軸向周期性均勻分布的圓空氣孔, 在芯區(qū)位置周期性被破壞形成缺陷, 光就可以沿缺陷傳播。PCF 可以分為兩類:全內(nèi)反射光子晶體光纖(TIR-PCF) 和光子帶隙PCF 。通過對PCF 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計可以獲得許多獨特的特性:無截止單模特性、模式雙折射以及高非線性特性等。PCF 獨特的色散特性可以應(yīng)用于色散補償、脈沖壓縮、光孤子形成和受激拉曼散射增強等方面, 正成為研究熱點。高雙折射PCF 將應(yīng)用于制作高性能的保偏光纖和光子器件的偏振保持等領(lǐng)域。

它可以分成2類: 第1種具有高折射率纖芯(如SiO2 ) ,二維光子晶體結(jié)構(gòu)包層,一般與纖芯是同種材料,特性類似傳統(tǒng)光纖,纖芯折射率比包層的有效折射率高, 導(dǎo)波方式與全反射( TIR)原理類似而并不依賴光子禁帶效應(yīng)( PBG) ,所以稱為全內(nèi)反射光子晶體光纖( TIR-PCF) ; 第2種的包層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出PBG效應(yīng),從而把光束縛在纖芯區(qū)域,稱為光子禁帶光子晶體光纖( PBG-PCF)。真正的PBG-PCF直到最近才被實驗證實,而TIR-PCF早已被制作出來并對其開展了廣泛的研究。

自然界中也不乏存在很多光子晶體結(jié)構(gòu)，比如 SiO2沉淀而成的蛋白石(opal)、蝴蝶翅膀和蠕蟲的剛毛，蛋白石是由二氧化硅納米球堆積而成，其結(jié)構(gòu)存在周期性而具有光子帶隙，由于帶隙位置不同，不同頻率的自然光被反射。藍(lán)蝶翅膀上如彩虹般的藍(lán)色光輝在半公里外就能看見，因為其角質(zhì)層分立的層狀結(jié)構(gòu)形成了光子帶隙，它斑斕的色彩是選擇性反射日光的結(jié)果。蠕蟲剛毛的橫截面是一種六角光子晶體結(jié)構(gòu)，整個長度可看成是一個偽光子晶體光纖。該結(jié)構(gòu)具有高度的空間周期性，含有部分光子帶隙，可橫向觀察到彩虹膜。

光子晶體根據(jù)周期結(jié)構(gòu)的空間性劃分，可以分成 1D 光子晶體、2D 光子晶體和3D 光子晶體三種類型， 在一維光子晶體中，某一方向的折射率呈周期分布，一定頻率范圍內(nèi)的光在這一方向被嚴(yán)格禁止，而在折射率均勻分布的其它兩個方向任意傳輸;在二維光子晶體中，頻率范圍內(nèi)的光禁止在折射率呈周期分布的任意兩個方向傳播，而在另外一個方向上，其折射率均勻分布光可任意傳輸;三維光子晶體中，三個方向的折射率均呈現(xiàn)周期分布，一定頻率范圍內(nèi)的光禁止傳播。在傳感和通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的Bragg 光纖光柵就是一維光子晶體的典型例子。Thomas Krauss 在 1996 年拉制成功光學(xué)尺寸上第一個二維光子晶體光纖。1991 年首個人造三維光子晶體是由Yablonovitch 制作成功的，該光子晶體處于微波波段。

此后，眾多的專家和學(xué)者開展了大量的實用技術(shù)研究，不斷完善和提高理論分析與制造工藝，設(shè)計并制作出各種具有優(yōu)良性能的新型光子晶體器件，如:高 Q 值1D 2D3D 微腔、通道復(fù)用/解復(fù)用器、線性波導(dǎo)、光開關(guān)、光放大器等，成為了近年來光學(xué)與光電子學(xué)研究的新熱點。

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