«Наш новый датчик волокна имеет простую структуру и недорог, чтобы сделать будучи достаточно маленьким для очень чувствительного измерения в узких областях», сказал Чао Чэнь, член исследовательской группы от Института Чанчуни Оптики, Прекрасной Механики и Физики, китайской Академии наук, Китай. «В будущем это могло использоваться для химического и биологического ощущения во множестве заявлений».Новый датчик состоит из части 1 миллиметр длиной конца оптоволокна, которое сужается и согнуто в конфигурацию, названную тонкой свечой S. Обнаруживая изменения в оптическом свойстве, известном как показатель преломления, устройство может ощутить концентрацию, pH и другие химические параметры.В журнале Optical Materials Express исследователи показывают, что их дизайн датчика в девять раз более чувствителен, чем другие клиновидные датчики показателя преломления волокна. Они также демонстрируют, что измерения устройства не затронуты изменениями температуры, который помогает гарантировать точный анализ.
«Крошечный датчик мог потенциально использоваться на нефтеперерабатывающих заводах, чтобы обнаружить утечки, которые могли бы привести к огню или взрыву», сказал Чен. «Устройство чувствительно и требует очень небольшого количества образца для анализа, особенности, которые могли сделать его полезным для обнаружения загрязнителей в еде, например».Проектирование для узких местЧтобы управлять датчиком, исследователи посылают белый свет от специального источника суперконтинуума до волокна.
Когда свет входит в клиновидную область волокна, часть его убегает и взаимодействует с окружающим образцом способом, который перемещает спектр света. Этот измененный свет поражает серебряное зеркало в конце волокна и отражен назад через волокно к оптическому спектру анализатор, который контролирует и делает запись изменения в спектре.
Спектральные изменения могут использоваться, чтобы определить химические свойства образца.Новый датчик улучшает один, исследователи ранее развивались, это также показало тонкую свечу S для ощущения показателя преломления.
Чтобы сделать его более полезным для узких или ограниченных мест, они проектировали новый датчик, чтобы использовать отраженный свет, а не свет, который передает через образец. Это изменение сделало измерения устройства, менее чувствительные к маленьким изгибам, которые волокно могло бы испытать, когда вставлено в образец. S-образная тонкая свеча также делает часть ощущения волокна меньшей, чем другие датчики показателя преломления отражения на основе клиновидных волокон, которые являются слишком длинными, чтобы сформировать компактное исследование.
Чтобы проверить новый дизайн датчика, исследователи погрузили его в различные концентрации водных глицерином решений при комнатной температуре. Контролируя изменение спектров отражения, исследователи продемонстрировали, что датчик был очень чувствителен к изменениям показателя преломления в окружающем решении. Когда они нагрели датчик от комнатной температуры до 100 градусов Цельсия в приращениях 10 градусов, спектр отражения датчика изменился очень мало. Это показало, что изменения температуры не затрагивают точность датчика.
Затем, исследователи планируют проверить, могло ли бы создание волокна сузиться еще более узкое далее увеличить чувствительность датчика. Они также хотят сделать версию датчика с functionalized материалом по поверхности волокна, которая связала бы с определенными молекулами, позволив датчику обнаружить присутствие ДНК или вирусов, например.