微波光子辅助的倾斜光纤光栅表面等离子体共振传感基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805032
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

With the rapid development of modern environmental monitoring and bio-chemical sensor industry, more and more attention has been paid to the disease detection and health protection. The requirements of research and development on the new type of high sensitivity, fast detection and low cost surface plasmon resonance (SPR) sensing technology that can be easily integrated with variety of technology has become especially intense. Compared with the optical demodulation approach adopted by traditional SPR sensing technologies, microwave demodulation method shows great potential in improving sensitivity, resolution and stability. By utilizing the periodic metal nanostructure layer coated tilted fiber Bragg grating (TFBG) enhanced local SPR and its generated narrow bandwidth frequency comb notch filtering, a novel communication band photonic assisted microwave demodulation approach for TFBG-SPR composite biochemical sensor is proposed in this project. Based on the establishment of the TFBG-SPR simulation model, this project focus on the study of the enhanced local SPR effects on the generated microwave frequency response of microwave photonic link and establish the mapping between the output microwave signal characteristics and the refractive index of the analyte. Finally, controllable fabrication processes of metal nanostructure layer coated TFBG is investigated to enable the microwave photonic assisted TFBG-SPR biosensor system with high sensitivity, fast and flexible detection, low cost and ease of integration.
随着环境监测、生化检测等行业的快速发展,人们愈来愈关注自身的健康检测与防护,研发复杂环境下对生化疾病等信息实施高灵敏度、灵活快速、低成本一体化的新型表面等离子体共振(SPR)传感技术的需求愈来愈强烈。相比于传统SPR传感技术采用的光学解调方式,微波解调方式在提高传感灵敏度、分辨率及稳定性等方面极具潜力。本项目基于周期性金属纳米结构薄膜涂覆的倾斜光纤光栅(TFBG)局域SPR场增强特性及其精细梳状窄带透射光谱,设计一种工作于通信波段的光学-微波融合的TFBG-SPR生化传感器。在建立TFBG-SPR仿真模型的基础上,研究金属纳米结构局域SPR场增强传感机制与微波光子链路输出微波信号频率响应及调谐范围的作用机理,建立输出微波信号特征与待测物折射率之间的映射,探索稳定可控的金属纳米结构薄膜涂覆的TFBG制备工艺,实现高灵敏度、快速灵活、低成本一体化的微波光子辅助TFBG-SPR生化传感系统。

结项摘要

随着科技的快速发展,研发能够在复杂环境下对生化疾病等信息实施高灵敏度、灵活快速、低成本一体化的新型表面等离子体共振传感技术的需求愈来愈强烈。本项目提出一种微波光子技术与倾斜光纤光栅相结合的传感方案,相比于传统传感技术采用的光学解调方式,微波解调方式在提高传感灵敏度、分辨率及稳定性等方面极具潜力。 项目重点围绕微波光学信号生成、基于倾斜光纤光栅的传感单元参数表征等关键科学问题开展探索与研究,建立了完备的理论解析模型,明晰了光子辅助的微波信号特征与待测物有效折射率之间的映射,实现了高灵敏度、灵活、快速、低成本的光子辅助微波传感技术。取得了如下研究成果:.(1)构建了完备的基于倾斜光栅光谱结构的微波光子滤波器系统模型,研究并探明了倾斜光栅光域频谱幅度、自由光谱范围、微波光调制与解调等过程对微波滤波器中心频率、工作带宽的作用机制,并实现了在5-14 GHz范围内可调谐的微波光子滤波器。(2)采用1530nm-1570nm的宽谱光源以及8度倾斜光纤光栅作为传感单元,实现了一种高灵敏度的微波光子传感解调系统。对温度及轴向应变两个环境参量分别做出了理论仿真及实验研究。现有实验条件下,该技术可实现温度传感灵敏度为1.2083 MHz/℃;轴向应变传感时,传感灵敏度为18.93 kHz/με。(3)完成了SPR的理论仿真研究,根据严格耦合波理论,使用商业模拟软件FDTD Solutions软件以及Matlab进行了金属纳米阵列传感器的设计以及性能分析。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器
  • DOI:
    10.3788/irla20200457
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵嘉熠;谷一英;胡晶晶;李建;赵明山;韩秀友
  • 通讯作者:
    韩秀友
Novel polymer waveguide-based surface plasmon resonance (SPR) sensor
基于新型聚合物波导的表面等离子体共振 (SPR) 传感器
  • DOI:
    10.1080/10739149.2019.1706556
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Instrumentation Science & Technology
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Gu Yiying;Yang Jiahui;Zhao Jiayi;Zhang Yang;Yang Shuangyue;Hu Jingjing;Zhao Mingshan
  • 通讯作者:
    Zhao Mingshan
A Simple Scheme for Photonic Generation of Microwave Waveforms Using a Dual-drive Mach-Zehnder Modulator
使用双驱动马赫-曾德尔调制器产生微波波形的简单方案
  • DOI:
    10.3390/app10217914
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Hu Jingjing;Li Jian;Zhao Jiayi;Ren Zichen;Gu Yiying;Zhao Mingshan
  • 通讯作者:
    Zhao Mingshan
Optically-Injected-Semiconductor-Laser-Based Tunable Dual-Frequency Optoelectronic Oscillator under Subharmonic Microwave Modulation
次谐波微波调制下的光注入半导体激光可调谐双频光电振荡器
  • DOI:
    10.3390/app11093961
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhao Jiayi;Gu Yiying;Li Jian;Li Xiaozhou;Zhao Mingshan;Han Xiuyou;Hu Jingjing
  • 通讯作者:
    Hu Jingjing
A Tunable Dual-Passband Microwave Photonic Filter Based on Optically Injected Distributed Feedback Semiconductor Lasers and Dual-Output Mach-Zehnder Modulator
基于光注入分布式反馈半导体激光器和双输出马赫曾德尔调制器的可调谐双通带微波光子滤波器
  • DOI:
    10.3390/app10103631
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhao Jiayi;Hu Jingjing;Deng Pengcheng;Yu Runze;Liu Ruoxian;Zhao Mingshan;Gu Yiying
  • 通讯作者:
    Gu Yiying

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其他文献

宋代以来常州城中的“厢”——城市厢坊制的平面格局及演变研究之一叶
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    --
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  • 通讯作者:
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    --
  • 作者:
    余成波;胡晶晶;孔庆达;余玉洁;邓顺华
  • 通讯作者:
    邓顺华

其他文献

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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

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          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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