Linear cavity tapered fiber sensor using mode-tracking phase-shift cavity ring-down spectroscopy

材料科学 腔衰荡光谱 光学 相(物质) 纤维 光学腔 光谱学 谐振器 光电子学 物理 分析化学(期刊) 激光器 化学 有机化学 复合材料 量子力学 色谱法
作者
Rana M. Armaghan Ayaz,Yigit Uysalli,Berna Morova,Nima Bavili,Ubaid Ullah,M. Daniyal Ghauri,M. Imran Cheema,Alper Kiraz
出处
期刊:Journal of The Optical Society of America B-optical Physics [The Optical Society]
卷期号:37 (6): 1707-1707 被引量:5
标识
DOI:10.1364/josab.390837
摘要

Phase-shift cavity ring-down spectroscopy (PS-CRDS) is an alternative CRDS approach that allows the detection of minute changes in cavity losses by measurement of the phase shift experienced by a modulated laser as it propagates through a high-quality factor cavity. Fiber loop resonators and microresonators have been employed in previous PS-CRDS demonstrations for liquid phase applications. Here we employ a tapered fiber-based linear fiber cavity for the demonstration of a highly sensitive sensor for sucrose concentration in water using PS-CRDS. Our linear fiber cavity has a small cavity length ( 1.25 m ) that enables the observation and tracking of individual cavity modes in transmission and phase spectra recorded during laser sweeps. Hence, we eliminate the need for Pound–Drever–Hall locking of the laser source to the cavity resonance and thus provide a simpler experimental scheme. We analyze the recorded data sets to track the changes in phase shifts observed only when the laser wavelength is in resonance with the cavity modes. Such a mode-tracking PS-CRDS approach reveals limit of detection values less than around 400 µM, better than the performance of previously demonstrated PS-CRDS sucrose concentration sensors employing fiber loop resonators. The sensitivity of our sensor critically depends on the fiber taper diameter and can reach up to around 6°/1 mM Suc. for 3.2 µm taper diameter at 6 MHz modulation frequency using fiber Bragg gratings (FBGs) with reflectivities around 86%. This value can be further increased by employing FBGs with higher reflectivities or fiber tapers with smaller diameters provided that the cavity loss due to water absorption is compensated with an amplifier.
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