研究目的
开发一种基于石墨烯包覆光纤的新型蔗糖传感器，该传感器利用扩腰锥形光纤作为马赫-曾德尔干涉仪来测量蔗糖浓度。
研究成果
石墨烯包覆的SPS-MZI传感器在0-230 ppm浓度范围内对蔗糖检测表现出高灵敏度（3.36 pm/ppm）和线性响应（R2=0.98233），其折射率灵敏度为205.26 nm/RIU。透射光谱随浓度增加产生的蓝移现象与理论预测相符。该传感器成本低廉、易于制备，适用于蔗糖传感应用，其中石墨烯通过物理吸附机制提升灵敏度。
研究不足
该传感器需要单层石墨烯以实现最佳性能，因为较厚的石墨烯层会影响光导并干扰干涉效应。石墨烯对温度敏感，因此实验必须在室温（300 K）下进行以最小化热效应。传感器的性能可能受到吸附动力学特性及其他物质潜在干扰的限制。
1：实验设计与方法选择：
该传感器设计为马赫-曾德尔干涉仪（MZI），采用光子晶体光纤（PCF）夹在两根单模光纤（SMF）之间，在耦合点处具有扩腰锥形结构。其原理基于纤芯与包层模式之间的模间干涉。在PCF表面涂覆石墨烯以增强灵敏度。
2：样本选择与数据来源：
使用浓度范围为0至230 ppm（折射率从1.3338到1.3376）的蔗糖溶液作为样本。折射率在室温（300 K）下测量。
3：3338到3376）的蔗糖溶液作为样本。折射率在室温（300 K）下测量。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括光纤熔接机（古河电气工业株式会社，S178C）、PCF（长飞光纤，TIR-PCF）、SMF（SMF-28）、管式炉（GSL 1300X）、扫描电子显微镜（TESCAN MIRA3）、拉曼光谱仪（LabRAM HR Evolution）、放大自发辐射源和光谱分析仪（横河AQ6370D）。材料包括石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丙酮和蔗糖溶液。
4：8）、管式炉（GSL 1300X）、扫描电子显微镜（TESCAN MIRA3）、拉曼光谱仪（LabRAM HR Evolution）、放大自发辐射源和光谱分析仪（横河AQ6370D）。材料包括石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丙酮和蔗糖溶液。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：通过电弧熔接将SMF与PCF端部熔接形成扩腰锥形结构，制备SPS-MZI。利用化学气相沉积和铜溶解法将石墨烯/PMMA复合薄膜转移至PCF表面，随后用丙酮去除PMMA并在300°C下煅烧4小时。通过SEM和拉曼光谱对传感器进行表征。将传感器浸入蔗糖溶液时，使用OSA监测传输光谱。
5：数据分析方法：
测量传输凹陷的波长偏移并使用线性回归拟合以确定灵敏度和线性度。通过分析拉曼光谱中G峰和2D峰的比值确认石墨烯层数。
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Fibre Fusion Splicer
S178C
Furukawa Electric Co. Ltd.
Used for arc fusion splicing of optical fibres to form waist-enlarged tapers in the SPS-MZI sensor fabrication.
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Raman Spectrometer
LabRAM HR Evolution
HORIBA Scientific
Used to analyze the molecular structure of the graphene film, confirming single-layer properties.
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Optical Spectrum Analyzer
AQ6370D
Yokogawa
Used to monitor transmission spectra of the sensor in response to sucrose concentration changes.
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Photonic Crystal Fibre
TIR-PCF
YOFC
Serves as the interferometer arm in the SPS-MZI sensor, supporting intermodal interference for refractive index sensing.
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Single-Mode Fibre
SMF-28
Used as input and output fibres in the SPS-MZI sensor, spliced to the PCF ends.
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Tube Furnace
GSL 1300X
Used for calcination to firmly deposit graphene on the PCF surface after transfer.
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Scanning Electron Microscope
MIRA3
TESCAN
Used to characterize the surface morphology of the tapered PCF and graphene coating.
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Amplified Spontaneous Emission Source
Used as the light source for the experimental setup to generate transmission spectra.
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