基于碳纳米材料的倾斜光纤光栅倏逝场调控及其传感应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61505165
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Tilted fiber Bragg grating (TFBG) exhibits unique advantages in multi-parameters sensing due to its special grating structure and various spectral characteristics, which provides a new effective approach for remote monitoring of environmental parameters, and becomes one of the new hotspots in optical fiber sensing technique. This project aims to combine the TFBG, D-shaped/tapered fiber and carbon nanomaterials (graphene and carbon-nanotubes), then explore the generation mechanism of new resonances and the enhancement effect of the evanescent field,and develop several sensing methods with broad response range and high sensitivity in environmental parameters measurements. The main contents of this project are included: ① the interaction mechanism between the fiber evanescent field and the carbon nanomaterial coating; ② the TFBG spectral modification caused by the carbon nanomaterials and its coupling sensing mechanism; ③ the design and optimization of the sensing system based on carbon nanomaterial-coated TFBG. The key scientific problems to be solved are: the modulation of the mode coupling behavior and evanescent field distribution of special TFBG, the parameter control and characterization of the carbon nanomaterial coating of fiber surface. The results obtained from above studies can not only help to reveal new coupling sensing mechanism of fiber-optic evanescent field, but also solve the key scientific problems of the TFBG in temperature, relative humidity, refractive index, the composition and content of contaminants and other environmental parameters monitoring. The proposed method and system is expected to be applied extensively in the fields of environmental monitoring and pollution treatment.
倾斜光纤光栅(TFBG)因其特殊的光栅结构和丰富的光谱特征,在多参量传感测量中具有独特的优势,为环境参数远程监测提供了新的有效途径,成为光纤传感技术中新的研究热点之一。本项目旨在结合TFBG、D型/锥形光纤与碳纳米功能材料(石墨烯和碳纳米管),探索其特殊谐振模式的产生机理和倏逝场的增强效应,发展具有宽响应范围、高灵敏度的环境参量传感方法。具体包括:①光纤倏逝场与碳纳米材料涂覆层的相互作用机理;②碳纳米材料对TFBG光谱的修饰规律及其耦合传感机制;③碳纳米材料涂覆特殊TFBG的传感系统设计与结构优化。拟解决的关键科学问题:碳纳米材料对特殊TFBG模式耦合行为和倏逝场分布的调控规律,光纤表面碳纳米材料涂覆参数控制及特性表征。研究成果不仅有助于揭示新型光纤倏逝场的耦合传感机制,还可以解决TFBG在温湿度、折射率及污染物成分和含量等参量传感中的关键问题,使其在环境监测以及污染治理中得到广泛应用。

结项摘要

采用具有丰富光谱特征和独特倏逝场分布的倾斜光纤光栅,为以折射率传感为基础的多种参数测量提供了一种新的有效途径,并展现了诸多独特的优势。本项目完成的研究内容包括:① 研制了小角度倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)、大角度倾斜光纤光栅(Ex-TFG)、微光纤光栅、D型光纤光栅等多种光纤光栅结构,并分析了其模场分布和光谱特征;② 研究了碳纳米材料对多种光纤光栅光谱的修饰规律、偏振调制特性及其耦合传感机制,功能化倾斜光纤光栅表面在生物传感中的应用;③ 通过结合D型光纤光栅和干涉仪结构,研究了其光谱特征、以及在传感和光调制方面的应用等。取得的研究成果主要有:① 建立了碳纳米材料与倾斜光纤光栅(包括TFBG和Ex-TFG)的复合波导模型,分析了涂覆介质对光谱和模场的修饰规律;② 利用碳纳米材料修饰多种倾斜光纤光栅实现了折射率、弯曲、葡萄糖等物理与生化参量的传感;③ 利用石墨烯对包层模的调制,揭示了Ex-TFG包层模的独特偏振调制特性。因而,通过结合多种倾斜光纤光栅与碳纳米材料,揭示了新型光纤倏逝场和包层模式的调制机理,发展了多种具有宽响应范围、高灵敏度的多参量传感方法,在环境监测、生化传感等领域具有广泛的应用价值。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
Temperature-calibrated high-precision refractometer using a tilted fiber Bragg grating
使用倾斜光纤布拉格光栅的温度校准高精度折射仪
  • DOI:
    10.1364/oe.25.025910
  • 发表时间:
    2017-10-16
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Jiang, Biqiang;Zhou, Kaiming;Zhang, Lin
  • 通讯作者:
    Zhang, Lin
Graphene-induced unique polarization tuning properties of excessively tilted fiber grating
石墨烯诱导过度倾斜光纤光栅的独特偏振调谐特性
  • DOI:
    10.1364/ol.41.005450
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Jiang Biqiang;Yin Guolu;Zhou Kaiming;Wang Changle;Gan Xuetao;Zhao Jianlin;Zhang Lin
  • 通讯作者:
    Zhang Lin
Cascaded tilted fiber Bragg grating for enhanced refractive index sensing
用于增强折射率传感的级联倾斜光纤布拉格光栅
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/27/11/114220
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
    CHINESE PHYSICS B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Jiang, Biqiang;Bi, Zhixuan;Zhao, Jianlin
  • 通讯作者:
    Zhao, Jianlin
Label-free glucose biosensor based on enzymatic graphene oxide-functionalized tilted fiber grating
基于酶促氧化石墨烯功能化倾斜光纤光栅的无标记葡萄糖生物传感器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2017.07.109
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Jiang, Biqiang;Zhou, Kaiming;Zhang, Lin
  • 通讯作者:
    Zhang, Lin
Carbon Nanotube-Deposited Tilted Fiber Bragg Grating for Refractive Index and Temperature Sensing
用于折射率和温度传感的碳纳米管沉积倾斜光纤布拉格光栅
  • DOI:
    10.1109/lpt.2016.2522512
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Jiang Biqiang;Lu Xin;Mao Dong;Wang Yadong;Zhang Wending;Gan Xuetao;Zhao Jianlin
  • 通讯作者:
    Zhao Jianlin

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其他文献

硅超构表面上强烈增强的三次谐波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨玖龙;元晴晨;陈润丰;方汉林;肖发俊;李俊韬;姜碧强;赵建林;甘雪涛
  • 通讯作者:
    甘雪涛

其他文献

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姜碧强的其他基金

少层硒化镓晶体辅助微结构光纤的超宽带二阶非线性效应及应用
  • 批准号:
    62375223
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
倾斜光纤光栅局域导模诱导的法诺共振产生、调谐及应用
  • 批准号:
    61975166
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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    面上项目
石墨烯集成细径光纤微结构的功能化机理及生物传感研究
  • 批准号:
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    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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