光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术研究进展 被引量：2

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作者 姚瑶 闫胤洲 蒋毅坚 《发光学报》 北大核心 2025年第1期23-45,共23页

光学微腔通过在介观尺度上增强光与物质相互作用,可作为通用功能结构用于增强荧光辐射与拉曼散射过程,在痕量物质检测、光电发光器件等领域具有独特的优势。随着微纳加工技术的不断进步,光学微腔的设计朝着更高品质因子和更小模式体积... 光学微腔通过在介观尺度上增强光与物质相互作用,可作为通用功能结构用于增强荧光辐射与拉曼散射过程,在痕量物质检测、光电发光器件等领域具有独特的优势。随着微纳加工技术的不断进步,光学微腔的设计朝着更高品质因子和更小模式体积方向发展,光与物质相互作用效率持续提升,展现出了更多独特的光辐射及光散射增强特性。然而,相比于金属表面等离激元近场调控,光学微腔在增强荧光及拉曼痕量检测方面仍面临挑战。为了克服这一难题,人们提出了光学微腔-金属/二维半导体复合结构,为不同场景下的高性能荧光增强和拉曼痕量检测提供了全新的解决方案,展现出光学微腔在光辐射和光散射增强领域巨大的应用潜力。本文总结了近20年来光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术的研究进展,详细介绍了光学微腔的种类及其光学特性,深入探讨了光学微腔及其复合结构荧光和拉曼增强机制与前沿研究成果。最后,对未来光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术的发展和应用前景进行了总结与展望。 展开更多

关键词 光学微腔 荧光光谱 拉曼光谱 表面增强荧光光谱 表面增强拉曼光谱

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光学适配体传感器在抗生素检测中的研究进展

2

作者 刘玉洁 温紫情 +1 位作者 黄莹莹 陈少云 《环境化学》 北大核心 2025年第7期2557-2576,共20页

抗生素在人类医疗和兽药领域被广泛应用,但其滥用导致了严重公共卫生问题.抗生素的快速检测对于保护人类健康意义重大.传统抗生素检测方法因仪器昂贵、依赖专业人员等问题,难以即时检测.适配体传感器近年来发展迅速.适配体为指数富集配... 抗生素在人类医疗和兽药领域被广泛应用,但其滥用导致了严重公共卫生问题.抗生素的快速检测对于保护人类健康意义重大.传统抗生素检测方法因仪器昂贵、依赖专业人员等问题,难以即时检测.适配体传感器近年来发展迅速.适配体为指数富集配体系统进化技术筛选而得的单链DNA,具有高特异性和高稳定性,被誉为人工抗体.以适配体为分子识别元件的适配体传感器,由信号识别、信号转换和信号输出等3部分构成.其中光学适配体传感器以可视化光学信号输出,无需电化学工作站,可即时检测.本文重点综述了比色传感器、荧光传感器、表面增强拉曼光谱传感器等几种典型光学适配体传感器在抗生素残留检测中的应用,以期为抗生素快速检测技术的发展提供参考. 展开更多

关键词 抗生素检测 光学适配体传感器 比色传感器 荧光传感器 表面增强拉曼光谱传感器

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复杂环境下光学反馈拉曼光谱气体检测技术研究 被引量：2

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作者 万福 罗智懿 +4 位作者 孙宏程 王锐 白耀天 龙英凯 陈伟根 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期147-155,共9页

介绍了一种稳健的光反馈锁相方法,通过结合腔透射信号的强度和形状来识别相位偏差,使得整个2π周期中任意位置的相位都可以生成合适的误差信号。避免了传统光反馈锁相方法在进行相位调整时仅能处理微小相位偏差的不足。模拟在不同反馈... 介绍了一种稳健的光反馈锁相方法,通过结合腔透射信号的强度和形状来识别相位偏差,使得整个2π周期中任意位置的相位都可以生成合适的误差信号。避免了传统光反馈锁相方法在进行相位调整时仅能处理微小相位偏差的不足。模拟在不同反馈相位下透射信号的强度和形状,理论分析全相位可调光反馈锁频方法的可行性,提出了反馈相位调节思路。基于该方法设计并搭建了光学反馈拉曼光谱气体检测平台,实验验证了在模拟干扰(快速气流冲击)的环境条件下,所提出的光反馈锁相方法具有更高的稳定性和更强的恢复能力,并对空气中的O_(2)、N_(2)以及CO_(2)标准浓度气体进行了拉曼光谱检测,检测限分别为4.8 Pa(48.83μL/L)、5.8 Pa(57.43μL/L)和4.4μL/L。 展开更多

关键词 光学反馈 拉曼光谱 腔增强 气体检测 反馈相位 频率锁定

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单壁碳纳米管束针尖增强近场拉曼光谱探测实验研究 被引量：5

4

作者 吴晓斌 王佳 +3 位作者 王瑞 许吉英 田芊 郁鉴源 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期2681-2685,共5页

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章... 针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置,并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱,进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱,实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现,针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明,同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。 展开更多

关键词 近场光学 近场拉曼光谱术 单壁碳纳米管 针尖增强 针尖增强拉曼光谱

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麻黄生物碱中一对光学异构体在薄层色谱原位的表面增强拉曼光谱研究 被引量：9

5

作者 汪瑗 张进治 马新勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第11期1373-1375,共3页

应用表面增强技术(SERS)将薄层色谱(TLC)与傅里叶变换拉曼光谱(FTRaman)联用,在薄层色谱分离斑点原位,获得中草药麻黄中麻黄生物碱衍生物中一对关于手性碳的光学异构体去甲基麻黄碱,去甲基伪麻黄碱指纹光谱的新方法。研究表明,在薄层色... 应用表面增强技术(SERS)将薄层色谱(TLC)与傅里叶变换拉曼光谱(FTRaman)联用,在薄层色谱分离斑点原位,获得中草药麻黄中麻黄生物碱衍生物中一对关于手性碳的光学异构体去甲基麻黄碱,去甲基伪麻黄碱指纹光谱的新方法。研究表明,在薄层色谱原位仅16μg的样品,就可获得以上分子的主要特征谱带;并且光学异构体的光谱特征明显不同,在银溶胶微粒表面增强作用下去甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱分子中与苯环相关的波数为1004,1605cm-1振动获最大增强。从而阐明了应用TLCSERS联用技术,可有效地对中草药主要化学成分中光学异构体进行高灵敏度分离与指纹鉴定。 展开更多

关键词 薄层色谱 光学异构体 表面增强拉曼光谱 伪麻黄碱 TLC 傅里叶变换拉曼光谱 生物碱衍生物 SERS 银溶胶 甲基

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基于空芯光纤增强拉曼光谱气体探测方法研究 被引量：8

6

作者 郭金家 杨德旺 刘春昊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期96-98,共3页

拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系... 拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统,开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明,空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果,以空气中氮气和氧气为探测物质,与后向拉曼光谱信号相比,在相同探测时间情况下,信号强度增强60倍以上,信噪比增强约6倍;在相同探测强度情况下,探测时间仅为后向散射的1/60,噪声为后向散射拉曼系统的1/2。 展开更多

关键词 拉曼光谱 气体探测 空芯光纤 长光程增强

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基于硅基微纳结构衬底的光操控-表面增强拉曼光谱方法研究 被引量：1

7

作者 张旭 辛坤 +1 位作者 史晓凤 马君 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2116-2121,共6页

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素,利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。利用飞秒激光湿法刻蚀技术,在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度... 表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素,利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。利用飞秒激光湿法刻蚀技术,在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10μm×7μm, 30μm×12μm, 60μm×15μm, 70μm×19μm和90μm×21μm的狭槽线阵,制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。应用光操控技术结合SERS方法,在金纳米溶胶中加入硅基衬底。并将激光对焦在衬底狭槽内,在光辐射压力的作用下,金纳米粒子沿光束的传播方向运动,聚集于微纳结构表面的狭槽内,形成金纳米粒子聚集体,促进"热点"效应,提高SERS探测的灵敏度,实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。实验表明,利用光辐射压力和光梯度力的合力,金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中,形成更多的"热点",从而可大幅提高SERS增强效果。以芘为探针分子,随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强,狭槽截面积为70μm×19μm时达到最强,超过该截面积后,拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级,最低检测浓度为5.0×10^-9 mol·L^-1,在低浓度范围内(5.0×10^-9~1.0×10^-7 mol·L^-1),芘位于588和1 234 cm^-1处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性,其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。以截面积为70μm×19μm的微纳衬底进行了重复性实验,每完成一次实验,关掉激光器,待激光的作用消失,狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中,进行下一次实验。选取微纳衬底8个不同位置,每个位置重复三次实验,衬底不同位置芘的588和1 234 cm^-1两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%,具有较好的重复性。与仅使用金纳米颗粒相比,该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势,同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。研究表明,基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法,可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应,在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 表面增强拉曼光谱(SERS) 硅基微纳结构衬底 光操控技术

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腔增强拉曼光谱方法检测痕量氢气 被引量：4

8

作者 仰青颖 程存峰 +2 位作者 孙羽 刘安雯 胡水明 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期669-676,共8页

氢气作为潜在的能源载体和工业材料,在众多领域发挥着日益重要的作用。在很多应用中,对氢气的检测需要有更高的灵敏度、更快的响应和更大的动态测量范围。腔增强拉曼光谱法(CERS)通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光和高精细度的... 氢气作为潜在的能源载体和工业材料,在众多领域发挥着日益重要的作用。在很多应用中,对氢气的检测需要有更高的灵敏度、更快的响应和更大的动态测量范围。腔增强拉曼光谱法(CERS)通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光和高精细度的光学谐振腔锁定,实现了1900倍的腔内功率增益,用于痕量氢气的检测。在7 mW的激光输入功率下,当积分时间为100 s时,自行搭建的腔增强拉曼光谱装置对H2的检测限为2 Pa。实验结果还表明拉曼散射强度与激光功率和气体压力具有良好的线性关系,示范了CERS方法高精度气体定量分析的潜力。 展开更多

关键词 光谱学 痕量气体检测 腔增强拉曼光谱 氢气 光学谐振腔 Pound-Drever-Hall技术

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气体拉曼传感增强技术研究进展与趋势 被引量：1

9

作者 万福 葛虎 +3 位作者 刘强 孔维平 王建新 陈伟根 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3345-3354,共10页

不论是在科学研究,食品安全,医学检测,还是在安全事故预防等领域,对多组分混合气体进行快速、准确的定性定量分析已经成为一种迫切的需求。拉曼光谱法是一种强大的气体传感方法,既能克服传统的非光谱法检测时间长、重复性差等弱点,又能... 不论是在科学研究,食品安全,医学检测,还是在安全事故预防等领域,对多组分混合气体进行快速、准确的定性定量分析已经成为一种迫切的需求。拉曼光谱法是一种强大的气体传感方法,既能克服传统的非光谱法检测时间长、重复性差等弱点,又能弥补吸收光谱法无法直接测量同核双原子分子的缺点,同时还能使用单一频率的激光器对多组分混合气体进行定性和定量分析。但由于物质固有的弱拉曼效应,加之气体的拉曼效应一般远低于固体和液体,这极大地限制了拉曼光谱法在气体传感领域的应用。如何提高气体的散射强度是使气体拉曼传感技术得到更广泛应用的关键。目前最主要的气体拉曼传感增强技术包括腔增强技术和光纤增强技术。腔增强技术从提高与待测气体作用的激发光强度和作用路径来从源头上增强拉曼散射信号,包括多次反射腔增强、F-P腔增强、激光内腔增强。光纤增强则从提高球面散射光的收集效率来增强拉曼散射信号,使绝大部分拉曼散射光都能进入光谱探测器,包括镀银毛细管增强和空芯光纤增强。简要介绍了上述两种技术的的增强原理,汇总了研究进展以及应用现状,并讨论了它们各自的优势以及局限性,最后着眼于多组分痕量气体的检测,展望了气体拉曼传感技术未来的发展趋势。尽管目前基于吸收效应的光谱分析方法在气体检测领域占据主导地位,尤其是光声光谱法,但在不久的将来,气体拉曼传感技术有望在气体检测领域得到越来越广泛、越深入的应用。 展开更多

关键词 拉曼光谱 气体传感 腔增强 光纤增强

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利用光镊探究SVOC/无机盐/水体系的吸湿与挥发性

10

作者 蔡宸 马嘉璧 张韫宏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期227-228,共2页

确定低挥发性有机化合物的饱和蒸气压对于探究它们在气相中的分配有着重要的意义。该研究展示了一种利用单光束光镊捕获液滴测量SVOC饱和蒸气压的新方法。利用光镊系统捕获半径在3~7μm范围的液滴,并根据麦克斯韦气相传质公式,将悬浮颗... 确定低挥发性有机化合物的饱和蒸气压对于探究它们在气相中的分配有着重要的意义。该研究展示了一种利用单光束光镊捕获液滴测量SVOC饱和蒸气压的新方法。利用光镊系统捕获半径在3~7μm范围的液滴,并根据麦克斯韦气相传质公式,将悬浮颗粒的半径和由折射率转化的浓度推导出不同RH对应的平衡分压,进而获得SVOC的饱和蒸气压。 展开更多

关键词 光镊-腔增强拉曼系统 二酸 氯化钠 吸湿 挥发

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蓝紫光的腔增强空气喇曼光谱 被引量：2

11

作者 姚中一 熊东升 +2 位作者 白玉思 王新兵 左都罗 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期217-220,共4页

喇曼光谱是一种无损、快速检测物质成分的方法。为了提高监测灵敏度,对408nm波段半导体激光器的腔增强自发喇曼散射进行了研究。利用输出功率500mW、线宽0.9nm的408nm半导体激光器作激发光,把激光耦合入共焦球面镜腔,两面共焦球面镜的... 喇曼光谱是一种无损、快速检测物质成分的方法。为了提高监测灵敏度,对408nm波段半导体激光器的腔增强自发喇曼散射进行了研究。利用输出功率500mW、线宽0.9nm的408nm半导体激光器作激发光,把激光耦合入共焦球面镜腔,两面共焦球面镜的反射率分别为96.5%和99.5%,部分激光返回半导体激光器形成光反馈,半导体激光器与共焦腔形成共振。对装置的光反馈过程进行了探讨,并对外腔的模式匹配和频率匹配分别进行了分析。结果表明,共焦腔内功率达到15W,功率增强了30倍;用90°探测构型收集喇曼信号,完成了空气喇曼信号检测;1s积分时间,获得N 2信号900个计数。此共振增强腔大大增强了喇曼散射信号,有潜力应用于多种气体的在线检测或高灵敏度检测。 展开更多

关键词 光谱学 半导体激光器 光反馈 腔增强 自发喇曼散射

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基于光纤拉曼传感的痕量爆炸物检测技术

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作者 刘洋 柯特 +2 位作者 陈先锋 贡晶晶 张琪 《爆破》 2025年第3期153-157,共5页

精准、高效的爆炸物检测技术可实时监控爆破材料的存储、运输及使用环节,及时排查过期或不稳定爆炸物,通过痕量检测手段识别非法爆炸物残留,为安全生产监管和公共安全防范提供技术支撑,平衡工程效率与安全环保的双重需求。开发了基于银... 精准、高效的爆炸物检测技术可实时监控爆破材料的存储、运输及使用环节,及时排查过期或不稳定爆炸物,通过痕量检测手段识别非法爆炸物残留,为安全生产监管和公共安全防范提供技术支撑,平衡工程效率与安全环保的双重需求。开发了基于银纳米簇(AgNCs)基底检测爆炸物的光纤拉曼传感器,将拉曼技术与光纤传感技术结合,实现爆炸物的高灵敏光谱检测与信号传输,用于高灵敏度检测痕量TNT。通过银-硫键修饰的4-氨基苯硫酚(4-ATP)处理的AgNCs基底作为TNT的捕获探针,TNT-4-ATP复合物的形成进一步增强了TNT的SERS信号,确定TNT的检测限(LOD)可达10-10 M。 展开更多

关键词 民用爆破 表面增强拉曼技术 光纤传感 爆炸物检测

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