暨南大學(xué)郭團教授課題組提出了一種緊湊的光纖傳感器，用(yòng)于原位和連續的濁度監測，其基于來自目标顆粒的偏振消失波的表面光學(xué)散射。該傳感器由一個傾斜光纖布拉格光栅（TFBG）組成，封裝(zhuāng)在一個微流體(tǐ)毛細管内。TFBG的透射光譜提供了一組精(jīng)細的窄包層共振梳，這些共振梳對濁度非常敏感，因為(wèi)它們是由靠近光纖表面的微粒引起的偏振消失波的局部光散射（與傳統的整體(tǐ)/體(tǐ)積濁度測量相反）。此外，還提出了一種透射光譜區(qū)域詢問方法，并量化了表面濁度與光學(xué)光譜區(qū)域響應之間的可(kě)重複相關性。我們展示了當傳感包層共振的波長(cháng)與周圍固體(tǐ)顆粒的大小(xiǎo)匹配時，可(kě)以實現最大敏感度的濁度響應。

光纖傳感器，包括微納米光纖、TFBG  和法布裏-珀羅幹涉儀（FPI），因其低侵入性、抗電(diàn)磁幹擾和耐化學(xué)腐蝕等優勢，在生物(wù)醫(yī)學(xué)、環境保護和能(néng)源存儲等領域的現場檢測中(zhōng)展現出巨大潛力。傳統的濁度計具(jù)有(yǒu)一個發射光纖端和一個接收光纖端，用(yòng)于測量與入射光束成一定角度的散射光強度。濁度是從光束通過樣品時被顆粒散射的程度推斷出來的 。此外，漫反射紫外-可(kě)見光譜已被用(yòng)于監測水樣的濁度。光通過熔融石英準直透鏡照射到測試樣品中(zhōng)，收集反射光以非接觸方式估算樣品的質(zhì)量和濃度。最近，提出了同時區(qū)分(fēn)液體(tǐ)樣品的溫度和濁度的方法。總之，上述所有(yǒu)方法都專注于通過評估液體(tǐ)樣品中(zhōng)雜質(zhì)的透明度來進行整體(tǐ)/體(tǐ)積濁度測量。然而，仍然非常需要定量測量局部濁度，即目标樣品表面處的濁度。例如，最近的一篇論文(wén)報道了通過監測電(diàn)解質(zhì)的濁度來追蹤電(diàn)池的化學(xué)動力學(xué)/狀态及其容量損失，該濁度是通過顆粒誘導的光散射和吸收在電(diàn)解質(zhì)-電(diàn)極界面處進行的。

暨大郭團教授課題組，提出了一種基于TFBG的原位表面濁度測量新(xīn)方法。TFBG的透射光譜提供了一組對表面濁度高度敏感的窄帶包層共振精(jīng)細梳狀圖譜，這是由于包層模式與附着在TFBG表面的微粒之間可(kě)能(néng)發生的多(duō)重散射效應。這種散射表現為(wèi)高總插入損耗。當微粒的直徑遠(yuǎn)小(xiǎo)于入射光的波長(cháng)時，雷利散射成為(wèi)主導的散射機制。然而，當微粒的大小(xiǎo)與入射光的波長(cháng)相當時，米氏散射更可(kě)能(néng)占據主導地位。還提出了一種新(xīn)的光譜區(qū)域詢問方法，在這種方法中(zhōng)，利用(yòng)傳感器包層模式的光譜變化的總和來精(jīng)确測量濁度變化。我們成功地建立了TFBG的光譜特性、濁度和粒子大小(xiǎo)之間的對應關系。我們提出的TFBG傳感器的一個額外優點是，它利用(yòng)了核心模式對周圍介質(zhì)中(zhōng)的散射和吸收不敏感的優勢，同時僅對溫度敏感，從而提供了一種有(yǒu)前景的溫度獨立表面濁度測量方法。光栅平面的方向傾斜可(kě)以有(yǒu)效地将前向傳播的核心模式耦合到數百個後向傳播的包層模式中(zhōng)，以産(chǎn)生如圖1所示的密集梳狀透射振幅光譜。其中(zhōng)，短波長(cháng)側的高階包層模式擁有(yǒu)強大的消逝場。當周圍介質(zhì)的折射率在TFBG的消逝場采樣區(qū)域内發生變化時，相應包層模式的共振位置和振幅也會相應改變。

來源：傳感器專家網