暨南大學(xué)郭團(tuán)教授課題組提出了一種緊湊的光纖傳感器，用于原位和連續(xù)的濁度監(jiān)測(cè)，其基于來(lái)自目標(biāo)顆粒的偏振消失波的表面光學(xué)散射。該傳感器由一個(gè)傾斜光纖布拉格光柵（TFBG）組成，封裝在一個(gè)微流體毛細(xì)管內(nèi)。TFBG的透射光譜提供了一組精細(xì)的窄包層共振梳，這些共振梳對(duì)濁度非常敏感，因?yàn)樗鼈兪怯煽拷饫w表面的微粒引起的偏振消失波的局部光散射（與傳統(tǒng)的整體/體積濁度測(cè)量相反）。此外，還提出了一種透射光譜區(qū)域詢問(wèn)方法，并量化了表面濁度與光學(xué)光譜區(qū)域響應(yīng)之間的可重復(fù)相關(guān)性。我們展示了當(dāng)傳感包層共振的波長(zhǎng)與周圍固體顆粒的大小匹配時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)敏感度的濁度響應(yīng)。

光纖傳感器，包括微納米光纖、TFBG 和法布里-珀涉儀（FPI），因其低侵入性、抗電磁干擾和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)和能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中展現(xiàn)出巨大潛力。傳統(tǒng)的濁度計(jì)具有一個(gè)發(fā)射光纖端和一個(gè)接收光纖端，用于測(cè)量與入射光束成一定角度的散射光強(qiáng)度。濁度是從光束通過(guò)樣品時(shí)被顆粒散射的程度推斷出來(lái)的 。此外，漫反射紫外-可見光譜已被用于監(jiān)測(cè)水樣的濁度。光通過(guò)熔融石英準(zhǔn)直透鏡照射到測(cè)試樣品中，收集反射光以非接觸方式估算樣品的質(zhì)量和濃度。最近，提出了同時(shí)區(qū)分液體樣品的溫度和濁度的方法。總之，上述所有方法都專注于通過(guò)評(píng)估液體樣品中雜質(zhì)的透明度來(lái)進(jìn)行整體/體積濁度測(cè)量。然而，仍然非常需要定量測(cè)量局部濁度，即目標(biāo)樣品表面處的濁度。例如，最近的一篇論文報(bào)道了通過(guò)監(jiān)測(cè)電解質(zhì)的濁度來(lái)追蹤電池的化學(xué)動(dòng)力學(xué)/狀態(tài)及其容量損失，該濁度是通過(guò)顆粒誘導(dǎo)的光散射和吸收在電解質(zhì)-電極界面處進(jìn)行的。

暨大郭團(tuán)教授課題組，提出了一種基于TFBG的原位表面濁度測(cè)量新方法。TFBG的透射光譜提供了一組對(duì)表面濁度高度敏感的窄帶包層共振精細(xì)梳狀圖譜，這是由于包層模式與附著在TFBG表面的微粒之間可能發(fā)生的多重散射效應(yīng)。這種散射表現(xiàn)為高總插入損耗。當(dāng)微粒的直徑遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，雷利散射成為主導(dǎo)的散射機(jī)制。然而，當(dāng)微粒的大小與入射光的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，米氏散射更可能占據(jù)主導(dǎo)地位。還提出了一種新的光譜區(qū)域詢問(wèn)方法，在這種方法中，利用傳感器包層模式的光譜變化的總和來(lái)精確測(cè)量濁度變化。我們成功地建立了TFBG的光譜特性、濁度和粒子大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們提出的TFBG傳感器的一個(gè)額外優(yōu)點(diǎn)是，它利用了核心模式對(duì)周圍介質(zhì)中的散射和吸收不敏感的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)僅對(duì)溫度敏感，從而提供了一種有前景的溫度獨(dú)立表面濁度測(cè)量方法。光柵平面的方向傾斜可以有效地將前向傳播的核心模式耦合到數(shù)百個(gè)后向傳播的包層模式中，以產(chǎn)生如圖1所示的密集梳狀透射振幅光譜。其中，短波長(zhǎng)側(cè)的高階包層模式擁有強(qiáng)大的消逝場(chǎng)。當(dāng)周圍介質(zhì)的折射率在TFBG的消逝場(chǎng)采樣區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)包層模式的共振位置和振幅也會(huì)相應(yīng)改變。

來(lái)源：傳感器專家網(wǎng)