An optical probe based on forward Brillouin scattering for multidimensional sensing of temperature and concentration in microscale liquid environments

微尺度化学 微流控 材料科学 布里渊散射 光纤 光学 光散射 激光线宽 光电子学 纤维 前向散射 光纤传感器 散射 瑞利散射 温度测量 联轴节(管道) 光子学 灵敏度(控制系统) 工作(物理) 镜头(地质) 单模光纤 布里渊区 斑点图案
作者
Guo Mao,Fei Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:128 (21)
标识
DOI:10.1063/5.0328666
摘要

Conventional temperature sensing based on forward Brillouin scattering (FBS) typically relies on the frequency shift of acoustic modes in tens-of-meters-long optical fibers, making it ill-suited for microscale microfluidic or bio-integrated environments due to spatial intrusiveness and limited adaptability. To overcome these limitations, we propose and experimentally validate an innovative FBS optical probe designed for in situ, multidimensional sensing of temperature and an osmotic pressure model in microscale liquid environments. The probe employs a 1-m-long uncoated highly nonlinear fiber as the core sensing element, integrated into a Sagnac interferometer, with the trace liquid placed in a capillary tube for interaction. This configuration enables direct and efficient opto-acoustic coupling with microscale liquid samples, overcoming the spatial limitations of conventional fiber sensors. Experimental results show a frequency shift-temperature coefficient of 38.8 kHz/°C and a superior linewidth-temperature coefficient of 57.0 kHz/°C for the R0,12 mode. A key advancement is the implementation of a dual-dimension temperature validation scheme, which achieves measurement consistency within ±0.09 °C and significantly enhances system reliability in complex media. For concentration sensing, the linewidth of the TR2,23 mode exhibits a sensitivity of 14.38 kHz/% to NaCl concentration, serving as an effective proxy. The uncoated, short-length fiber probe, which can be further tapered, offers a noninvasive, label-free solution for real-time monitoring and may be useful in applications such as organ-on-a-chip systems, single-cell analysis, and microfluidic diagnostics. This work thus establishes a viable pathway toward minimally invasive sensing in confined microenvironments and provides a proof-of-concept platform for future biophysical applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

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
刚刚
刚刚
英姑的应助被曹学泰采纳,获得10
刚刚
ashura完成签到,获得积分10
1秒前
汉堡包的应助被sakura991采纳,获得10
2秒前
请叫我韩独秀完成签到,获得积分10
2秒前
JESSE完成签到,获得积分10
2秒前
聪慧的煎蛋完成签到,获得积分10
2秒前
benbenca完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
科研通AI2S的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
3秒前
luyue9406的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
古或今完成签到,获得积分10
3秒前
无极微光的应助被科研通管家采纳,获得20
3秒前
3秒前
乐乐的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
3秒前
16601107082的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
传奇3的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
4秒前
聪明向日葵完成签到,获得积分10
4秒前
田様的应助被科研通管家采纳,获得20
4秒前
Ava的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
大气颜演发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
汉堡包的应助被科研通管家采纳,获得20
4秒前
我是老大的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
SciGPT的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
星辰大海的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
大模型的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
我是雷锋完成签到,获得积分10
5秒前
secbox完成签到,获得积分0
5秒前
5秒前
小杨发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
ssee发布了新的文献求助10
7秒前
杨小琴完成签到,获得积分10
8秒前
8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
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1080
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
Cellulose and Cellulose Derivatives: Synthesis, Modification and Applications 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8143360
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9542847
关于积分的说明 21653935
捐赠科研通 7728606
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3422020
关于科研通互助平台的介绍 2547337
邀请新用户注册赠送积分活动 2464829