Phase Shift-Cavity Ring Down Spectroscopy in Linear and Active Fiber Cavities for Sensing Applications at 1550 nm

材料科学 纤维 灵敏度(控制系统) 检出限 光纤布拉格光栅 放大器 光谱学 光学 吸收(声学) 相(物质) 腔衰荡光谱 光电子学 光纤传感器 光子晶体光纤 吸收光谱法 波长 物理 电子工程 化学 CMOS芯片 色谱法 量子力学 工程类 复合材料
作者
Ubaid Ullah,M. Imran Cheema
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (12): 13335-13341 被引量:11
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3071510
摘要

Liquid phase sensing applications at 1550 nm are highly desirable due to widely available off-the-shelf components. Generally, liquids at 1550 nm induce a high absorption loss that limits the overall sensor’s sensitivity and detection limit. One solution is to use an active fiber loop in conjunction with cavity ring down spectroscopy to overcome these absorption losses. However, the amplifier inside the fiber loop suffers from inherent gain fluctuations that limit the sensing system’s overall performance. Here, we provide a novel sensor using the wavelength-scanned phase shift-cavity ring down spectroscopy (PS-CRDS) in conjunction with a linear active fiber cavity that potentially offers a more sensitive solution than traditional fiber loop sensors. We use a tapered fiber as a sensing head inside the active cavity built from fiber Bragg gratings. We derive a theoretical phase shift expression for our system and simulate it using the finite element method to determine optimum tapered fiber diameter for glucose sensing in DI water. Compared to a non-amplified system, we find that our amplified system can increase the sensitivity by fourteen times via the amplifier gain tuning. We also conduct experimental measurements using 0-15.5 mM glucose solutions and find them in excellent agreement with our theoretical predictions. Experimentally we obtain the sensor’s sensitivity of 0.768°/mM (1164°/RIU) and detection limit of 0.75 mM ( $4.5\times 10^{-4}$ RIU) without any temperature stabilization in the system. We anticipate that the present work will find a wide range of sensing applications in fiber cavities, ring resonators, and other microcavity structures.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
武生完成签到,获得积分10
刚刚
zlh发布了新的文献求助10
2秒前
Charming完成签到 ,获得积分10
2秒前
Faded完成签到 ,获得积分10
2秒前
大个应助小明采纳,获得10
2秒前
阳光冰颜完成签到,获得积分10
3秒前
辰辰完成签到 ,获得积分10
4秒前
虚心早晨完成签到,获得积分10
4秒前
爱听歌的糖豆完成签到,获得积分0
4秒前
春意盎然完成签到,获得积分10
5秒前
蛋黄完成签到 ,获得积分10
5秒前
勤恳冰淇淋完成签到 ,获得积分10
5秒前
长情的寇完成签到 ,获得积分10
6秒前
7秒前
会飞的Dgg完成签到,获得积分10
7秒前
勤奋花瓣完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
执着的导师应助无奈安双采纳,获得10
8秒前
9秒前
9秒前
Akim应助124cndhaP采纳,获得10
10秒前
10秒前
10秒前
zz完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
乐乐应助keyan采纳,获得10
13秒前
小明发布了新的文献求助10
14秒前
DUMMY4869发布了新的文献求助10
14秒前
unaqvq发布了新的文献求助10
15秒前
jane发布了新的文献求助10
16秒前
普外科老白完成签到,获得积分10
16秒前
凡凡发布了新的文献求助10
17秒前
renrunxue应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
Jasper应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
xiaolizi完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
木木木发布了新的文献求助10
17秒前
Ava应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Social Cognition: Understanding People and Events 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6028702
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7694475
关于积分的说明 16187432
捐赠科研通 5175889
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2769797
邀请新用户注册赠送积分活动 1753197
关于科研通互助平台的介绍 1638973