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    25 November 2019, Volume 48 Issue 11
    Feature Issue on Fiber Optics and Integrated Optics
    Introduction for Feature Issue
    DAI Shi-xun
    2019, 48(11):  1148001-1148001. 
    Asbtract ( 206 )   HTML ( )   PDF (695KB) ( 94 )  
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    Research Advances of Random Fiber Lasers and Its Applications(Invited Review)
    RAO Yun-jiang
    2019, 48(11):  1148002-1148002.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148002
    Asbtract ( 804 )   HTML ( )   PDF (9893KB) ( 200 )  
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    光纤随机激光器是一种新型光纤激光器,与常规光纤激光器相比,得益于其无谐振模式、更好的稳定性、更高的可靠性、更简单的结构等优势,近年来在高功率/高效率、宽谱发射、低相干性等多类型新光源探索方面得到了长足的发展,产生了系列研究成果.作为国内最早开展全光纤随机激光器研究的团队负责人,本文作者首先系统回顾了光纤随机激光器的发展历程,然后重点介绍了近年来光纤随机激光器取得的重要研究进展和在光纤传感、光通信等领域的应用进展,最后对其未来发展提出了展望.

    Crystal Fiber and Crystal-derived Fiber Preparation and Application: A Review(Invited Review)
    LIU Zhao-jun, GAO Xi-bao, CONG Zhen-hua, SHAO Xian-bin, XIE Yong-yao, JIANG Ming-yuan, WANG Shang, ZHAO Zhi-gang, ZHANG Xing-yu
    2019, 48(11):  1148003-1148003.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148003
    Asbtract ( 308 )   HTML ( )   PDF (4660KB) ( 160 )  
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    晶体光纤是一种新型的高性能光纤材料,具有稀土离子掺杂浓度高、传光性好、耐高温、耐腐蚀等优点.晶体光纤在激光及传感方面具有巨大的应用潜力,然而至今还没有成功制备出真正意义上的同时具有晶体纤芯和晶体包层的小芯径晶体光纤.与传统的玻璃光纤相比,晶体光纤的制备工艺更加复杂,如何对晶体光纤制备工艺进行完善和创新是当前需要解决的重要问题.为了探索提高晶体光纤质量的途径,本文以晶体光纤的四种制备技术为主线,回顾了晶体光纤及其制备方法的发展历程,讨论了每种制备方法的局限性,对晶体光纤目前的应用状况进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望.

    Sapphire Fiber and Its Application in High Temperature Sensors(Invited Review)
    PANG Fu-fei, WANG Zhi-feng, LIU Huan-huan, MA Zhang-wei, CHEN Zhen-yi, WANG Ting-yun
    2019, 48(11):  1148004-1148004.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148004
    Asbtract ( 595 )   HTML ( )   PDF (3332KB) ( 198 )  
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    单晶蓝宝石光纤具有热稳定性好、机械性能强、化学性能稳定等优点,在高温、高压等恶劣环境中的应用受到广泛关注.介绍了单晶蓝宝石光纤的制备方法、基本特性及高温传输特性.重点讨论了目前基于单晶蓝宝石光纤制备的高温传感器件,包括法布里-珀罗干涉仪、布拉格光栅、以及迈克尔逊干涉仪,并分析了这些传感器的制备方法和工作原理.最后针对单晶蓝宝石光纤与传统单模光纤难兼容的问题,介绍了蓝宝石衍生光纤的制备及其传感器的最新进展,并展望了未来蓝宝石光纤的发展方向.

    Research Progress of Infrared Chalcogenide Microstructure Optical Fibers(Invited Review)
    DONG You-ren, WANG Xun-si
    2019, 48(11):  1148005-1148005.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148005
    Asbtract ( 326 )   HTML ( )   PDF (3343KB) ( 118 )  
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    硫系微结构光纤结合了红外硫系玻璃和微结构光纤的优点,在红外指纹区内分子结构鉴别、痕量气体检测、深空探测、红外激光传输等领域具有重大应用价值.本文从结构分类、应用特点和制备技术三方面,对目前红外硫系微结构光纤的研究进展进行了逐一介绍,并对硫系微结构光纤的未来发展进行了展望.

    Progress in Research and Applications of Plastic Optical Fiber(Invited Review)
    KONG De-peng, ZHANG Da-ming, YUAN Yuan, MU Qi-yuan, MEI Sen, XUE Lu, WANG Li-li
    2019, 48(11):  1148006-1148006.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148006
    Asbtract ( 335 )   HTML ( )   PDF (3202KB) ( 197 )  
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    塑料制成的光纤具有轻质、柔软、低成本等特点,可用于通信、图像传输、照明与装饰等领域,实现与其它光纤优势互补的各种功能.在通信领域,渐变折射率塑料光纤实现了10 Gbps@100 m的消费级传输速率和40 Gbps的测试级传输速率;在图像传输领域,已有0.45 mm直径@7400像素和1.5 mm直径@13 000像素的传像束,以及分辨率高达256 lp/mm的光纤面板产品;在塑料光纤激光器领域,有关增益介质、光纤长度、光纤结构等与激光器/放大器的特征性能间关系的理论与实验研究逐步深入;在装饰和照明领域,已有用塑料光纤开发的太阳光光纤照明、造型光纤照明、光纤毯治疗仪等装置.本文就塑料光纤在上述领域的最新研究和应用情况进行综述.

    Research Progress in Fluorescent Chalcogenide Glass Ceramics(Invited Review)
    REN Jing, LU Xiao-song, WANG Peng-fei
    2019, 48(11):  1148007-1148007.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148007
    Asbtract ( 184 )   HTML ( )   PDF (3330KB) ( 115 )  
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    回顾了近年来关于稀土或过渡金属离子掺杂的硫系发光微晶玻璃的研究进展.深入讨论了稀土离子在硫系微晶玻璃中的微观分布对其发光性能的影响,以及不同稀土离子与晶体场之间相互作用的机制.总结和分析了近两年提出的一种新型硫系微晶玻璃——过渡金属离子激活的硫系微晶玻璃.通过可控晶化和晶体场调控,已经在硫系微晶玻璃实现了较强的Cr2+:1.8~2.8 μm以及Co2+:2.5~4.5 μm中红外超宽带输出.梳理了影响和制约硫系微晶玻璃在中红外光子器件功能化方面的关键问题,为今后此类研究提供一种思路.

    Packaging and Integration of Whispering Gallery Modes Optical Microcavity Devices(Invited Review)
    WANG Peng-fei, LI Ang-zhen
    2019, 48(11):  1148008-1148008.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148008
    Asbtract ( 343 )   HTML ( )   PDF (3748KB) ( 246 )  
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    回音壁模式微腔器件在现代光学中扮演着十分重要的角色,在高灵敏度传感、低阈值激光器等领域具有广泛的应用前景.然而基于回音壁模式微腔的光学系统容易受到振动、温湿度变化等外界环境干扰,这些问题为其实用化带来巨大挑战.近年来回音壁模式微腔器件的实用化问题日益受到关注,大量相关研究被报道.本文简要介绍了关于回音壁模式光学微腔器件封装和集成的最新研究进展.

    Research Progress on S Fiber Taper(Invited Review)
    YU Yong-sen, ZHU Yong-qin, ZHAO Yang, PAN Xue-peng
    2019, 48(11):  1148009-1148009.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148009
    Asbtract ( 412 )   HTML ( )   PDF (8372KB) ( 69 )  
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    随着新型微加工工艺的发展,传统的锥型光纤发展派生出数千种不同的微结构光纤.其中,S型光纤锥由于其体积小、质量轻、抗电磁干扰以及可以直接嵌入结构化系统的灵活性得到了迅猛地发展.随着对S型光纤锥研究的深入,基于S锥的各种结构和功能的光纤传感器不断地被提出,用于测量温度、应变、折射率、湿度和磁场等,不仅丰富了光纤传感器的种类,更加深了人们对传感机理的认识.本文全面回顾了S型光纤锥的研究进展,包括传感原理、制备方法、各种传感结构组合以及传感应用等,并对其发展进行了展望.

    Research Progress on Polarization Maintaining Hollow Core Fiber(Invited Review)
    HONG Yi-feng, WANG Ying-ying, DING Wei, WANG Pu
    2019, 48(11):  1148010-1148010.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148010
    Asbtract ( 363 )   HTML ( )   PDF (12593KB) ( 110 )  
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    保偏光纤可以通过人为引入的高双折射,降低外界环境扰动引起的不可控双折射或偏振模色散给光纤传输带来的影响,在精密干涉传感、激光器系统、光通信等领域的应用中具有重要意义.相比传统实芯光纤受制于其纤芯高折射率材料的本征性缺陷,空芯光纤可以通过特定的微结构设计将光场限制在低折射率的空气纤芯中,具有低延迟、低色散、低非线性、高光致损伤阈值、抗干扰和可填充液体或气体的高灵活性等优势,因此保偏空芯光纤不仅能在上述应用领域发挥其性能的优势,还在高功率脉冲激光传输、生物化学分析等领域展现出广阔的应用前景.本文简要回顾了保偏空芯光纤的发展历程,对其中的设计思想和关键技术进行了讨论.

    Research Progress in Development of Glass Scintillator(Invited Review)
    Lü Shi-chao, ZHOU Shi-feng, TANG Jun-zhou, LIU Pei
    2019, 48(11):  1148011-1148011.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148011
    Asbtract ( 373 )   HTML ( )   PDF (4469KB) ( 251 )  
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    玻璃闪烁体作为射线探测的核心材料之一在医学成像、高能物理、环境监测以及安检等领域扮演着重要的角色.根据其特点和应用背景主要分为高密度玻璃闪烁体、低密度玻璃闪烁体、微晶玻璃闪烁体.本文介绍了不同种类玻璃闪烁体的特点,重点关注了玻璃闪烁体的制备、微观结构、发光性能以及应用,并对玻璃闪烁体性能的优化以及今后的发展作出了展望.

    Ytterbium-doped Silica Fiber for High Power System: A Review of Research Progress and Development Trend(Invited Review)
    CHEN Gui, HOU Chao-qi, GUO Hai-tao, LI Jin-yan
    2019, 48(11):  1148012-1148012.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148012
    Asbtract ( 277 )   HTML ( )   PDF (2898KB) ( 217 )  
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    掺镱石英光纤是掺镱光纤激光器及放大器的重要基础元件.掺镱光纤性能提升是促进掺镱光纤激光器系统功率进一步攀升的关键.本文回顾了高功率掺镱光纤激光器系统功率攀升情况及功率限制性问题,简述了针对激光功率攀升的瓶颈问题所提出的改善性方案.重点阐述了掺镱光纤制备技术、光纤材料、结构性设计在改善功率限制性方面所取得的研究进展,并对未来掺镱石英光纤的研究及发展趋势进行了展望.

    Characterization and Properties of Large-core Fluorine-doped Fibers Based on Depressed Inner Cladding Design(Invited Paper)
    SHE Sheng-fei, LIU Bo, CHANG Chang, XU Yan-tao, XIAO Xu-sheng, GAO Song, ZHANG Yan, LI Yi-zhao, HOU Chao-qi, GUO Hai-tao
    2019, 48(11):  1148013-1148013.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148013
    Asbtract ( 304 )   HTML ( )   PDF (5568KB) ( 73 )  
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    采用体式显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱表征了不同氟浓度、波导结构条件下光纤预制棒锥区及光纤的表面形貌与微观结构,用光纤综合参数分析仪、自制输出激光刀头分析了大芯径掺氟包层光纤的损耗、激光传输效率.结果表明:随着氟含量的升高,氟挥发现象愈加明显,传统大芯径掺氟包层光纤表面产生的裂纹、凹坑等缺陷增多,光纤损耗略有增加,激光传输效率下降;采用下陷掺氟内包层设计有效抑制了大芯径掺氟包层光纤制备过程中的氟挥发、析晶现象,1 200 nm波段光纤损耗为3.99 dB/km,平形和球形光纤2 μm波段的激光传输效率分别达到88.9%和88.4%,性能明显高于传统结构光纤.

    Urban Rail Train Positioning and Speed Measuring Method Based on Grating Array
    ZHU Dong-fei, WANG Yong-jiao, YANG Ye, WEN Wei, XIN Li-ping, WANG Hong-hai
    2019, 48(11):  1148014-1148014.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148014
    Asbtract ( 389 )   HTML ( )   PDF (4785KB) ( 121 )  
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    针对铁路及城市轨道交通运行环境多变、监测距离较长且监测方法易受雷电影响等问题,提出了一种基于光栅阵列的列车定位及测速方法.该方法利用抗电磁干扰能力强、复用容量大的超弱光栅阵列构成振动传感网络,采用非平衡马赫-曾德尔干涉解调法实现对列车运行振动信号的检测,在小波降噪后通过基于短时能量分布的端点检测法来实现对列车的精确定位,并利用相邻测区之间的距离与列车抵达的时间差来推算列车在该区域的运行速度.为验证该方案的可行性,在武汉地铁7号线湖工站至野芷湖站间搭建了实验系统进行现场测试.实验结果表明,该方案能实现对列车实时位置的精确定位,且测速误差为±2 km/h,且经过长时间的测试,基于该方案的系统具有很好的可靠性和稳定性.

    Picosecond Pulsed All-fiber Yb-doped Laser with 1.2 GHz Repetition Rate
    WEI Xiao-le, WEI Huai, SHENG Quan, FU Shi-jie, SHI Wei, YAO Jian-quan
    2019, 48(11):  1148015-1148015.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148015
    Asbtract ( 331 )   HTML ( )   PDF (3992KB) ( 179 )  
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    研究实现了基于半导体可饱和吸收体被动锁模的高重频全光纤掺镱皮秒脉冲激光器.种子源采取环形腔结构,当抽运功率为112 mW时,获得了稳定的锁模脉冲激光,其中心波长为1 064.1 nm,3 dB谱宽为3.6 nm,脉冲宽度为4.2 ps,重复频率为19.2 MHz.受限于谐振腔长度,光纤激光器重复频率很难得到进一步提高.因此设计并搭建了一种基于分束器和延时光纤的全新低损耗高重频脉冲调制器,将种子激光重复频率提高到1.2 GHz.该设计有效降低了脉冲在耦合过程中的能量损耗,为提高全光纤超短脉冲激光器重复频率提供了新途径.

    Design and Optimization of Forked Photodiode Array Electrodes
    JIAO Hong-wei, HUANG Yong-qing, ZHAO Kang, DUAN Xiao-feng, LIU Kai, REN Xiao-min
    2019, 48(11):  1148016-1148016.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148016
    Asbtract ( 281 )   HTML ( )   PDF (3541KB) ( 86 )  
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    针对行波光电探测器阵列(TW-PDA)的传输时延导致各路电信号在输出终端产生相位失配,影响整体频率响应的问题,提出了一种叉状光电探测器阵列(F-PDA)的电极结构.该电极采用对称连接结构代替TW-PDA的逐级连接结构的方法,使得各路光电探测器单元与信号输出终端的距离保持一致,从而克服传统结构中由于传输时延带来的一系列问题.电极的结构参数经HFSS进行设计并优化后,在100 GHz内的最大插入损耗不超过1.5 dB,特征阻抗稳定于50Ω左右.实验结果表明,制备的TW-PDA在40 GHz下的插入损耗约2.5 dB,3 dB带宽约6.9 GHz;而F-PDA对应的测试结果分别约1.36 dB以及13.8 GHz.相比而言,本文提出的结构存在明显的性能提升.

    Simulation and Performance Analysis of Photonic Integrated RF Self-interference Cancellation System
    SHEN Fang-fang, SU Xin-xin, FU Shuang-lin, LI Chao, YANG Si-cheng, WU Zhen-lin, GU Yi-ying, TAN Qing-gui, ZHU Ge, ZHAO Ming-shan, HAN Xiu-you
    2019, 48(11):  1148017-1148017.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148017
    Asbtract ( 158 )   HTML ( )   PDF (6042KB) ( 64 )  
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    针对全双工通信系统设计了光子集成射频自干扰消除功能芯片.该芯片采用相位调制将射频信号转换至光域,在光域内进行光载射频信号的幅相调控以实现干扰对消功能.对功能芯片中主要功能单元进行优化设计后,延时调谐范围为0~10 ps,30 GHz带宽内的延时抖动小于0.1 ps;滤波响应阻带抑制度为36.5 dB,通带带宽为60.6 GHz,边沿陡峭度为9.2 dB/GHz.建立了光子集成芯片射频自干扰消除系统的理论模型,对功能芯片中可调光延时线、可调光衰减器及滤波器等引入的延时、幅度不匹配对系统消除性能的影响进行了仿真分析.结果表明,幅度失配量为0.02 dB时,2 GHz带宽信号下系统抑制度为-42.7 dB;延时抖动为0.07 ps时,2 GHz带宽信号下系统的抑制度为-37 dB.研究结果可为光子集成射频干扰抑制功能芯片的研制提供参考.

    Structure Design and Bending Loss of a Novel Fiber for Low Temperature Environment
    CAO Shan-shan, GUO Chao-yang, WANG Zhen, LIU Zhi-zhong, GENG Pei-heng, XU Hai-tao, ZHU Jing, DENG Li, CAO Yong, WEI Wei
    2019, 48(11):  1148018-1148018.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148018
    Asbtract ( 335 )   HTML ( )   PDF (2944KB) ( 63 )  
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    设计了一种适用于极寒温度(-70℃)条件的耐低温的特种光纤,其结构包括纤芯层、内包层、凹陷包层和外包层.研究了光纤芯层/内包层的相对折射率差与弯曲损耗之间的关系,对比了不同涂覆层模量厚度和对光纤微弯损耗的影响.优化光纤拉丝工艺,获得了一种可长期应用于-70℃极寒温度下,在1 550 nm、1 625 nm波段处附加损耗低于0.01 dB/km的石英光纤.本文研究工作为耐极寒光纤、光纤复合架空地线的制备及产业化提供了可靠的理论与实验依据.

    Analysis of Cross-grid Microring Resonator Electro-optic Switch Array
    WANG Yu-hai, HE Ke-chuan, MA Ning-bo, WANG Chun-xu, ZHANG Yong-ling, SONG Ming-xing, WANG Guo-feng, QIN Zheng-kun
    2019, 48(11):  1148019-1148019.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148019
    Asbtract ( 288 )   HTML ( )   PDF (4714KB) ( 104 )  
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    设计了由N+1条水平通道、N条竖直通道和2N个微环构成的电光开关阵列器件,并对其传输特性进行了分析.通过在列微环上加载不同的工作电压,实现相应通道的开关功能.以5×4通道8微环结构为例,取波导芯的宽度与厚度均为1.5 μm,波导芯与电极之间的限制层厚度为2.0 μm,电极厚度为0.05 μm,微环与通道之间的耦合距离为0.1 μm.当开关电压为8 V时,该器件的插入损耗在2.79~4.31 dB范围内,串扰在-20 dB以下,消光比在12.5 dB以上.

    Research on the Fabrication and Optical Properties of New Far-infrared Suspended-core Te-fiber
    XU Tie-song, LIANG Xiao-lin, ZHONG Ming-hui, WANG Xian-ge, JIAO Kai, SI Nian, XIAO Jing, LIU Jia, ZHAO Zhe-ming, WANG Xun-si, ZHANG Pei-qing, LIU Yong-xing, DAI Shi-xun, NIE Qiu-hua
    2019, 48(11):  1148020-1148020.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148020
    Asbtract ( 244 )   HTML ( )   PDF (2061KB) ( 58 )  
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    利用熔融淬冷法制取了(Ge10Te4390-AgI10和Ge10Sb10Se80玻璃,并采用挤压法制成了一种对环境无害的双材料类芯包结构的悬吊芯光纤.制成的光纤具备3~11 μm的宽谱透光性,其最低损耗仅为0.5 dB/m.讨论了GeTe-AgI悬吊芯光纤的光场模式和红外激光光斑,并利用中红外光参量放大器进行激光泵浦,获得了光谱宽度为1.6~8.9 μm的超连续谱输出.

    Observation of Fano Resonance in One Whispering-gallery-mode Microresonator
    GUO Shu-ting, CHEN Min-cheng, ZHANG Yu-hong, WU Liu-le, YE Ming-yong, LIN Xiu-min
    2019, 48(11):  1148021-1148021.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148021
    Asbtract ( 290 )   HTML ( )   PDF (2849KB) ( 93 )  
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    实验研究了香肠状回音壁光学微腔,测量了单个微腔的光学传输谱线.实验结果表明,当从两端拉伸香肠状微腔的时候,观测到的光学模式的共振波长会随着拉伸量的增加而减小,而且不同模式的共振波长减小的速度存在差异.通过拉伸香肠状微腔的方法,实验观察到了单个香肠状微腔中的Fano共振现象.另外,实验上也观测到了与Fano共振现象相关的类电磁诱导透明现象。实验所涉及到的回音壁模式的品质因子高达108.

    A Sensitivity-enhanced All-fiber-optic Liquid Refractive Index Sensor Based on Vernier Effect
    ZHAO Yu-xin, JIANG Jiu-xing, YANG Yu-qiang, WANG Yong-guang, LU Jian-da, LIU Jia-cheng
    2019, 48(11):  1148022-1148022.  doi:10.3788/gzxb20194811.1148022
    Asbtract ( 328 )   HTML ( )   PDF (3615KB) ( 95 )  
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    为了实现液体折射率的高灵敏度测量,提出并制备了一种基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器.该传感器由法布里-珀罗传感腔和法布里-珀罗参考腔并联构成,其中,传感腔为开放腔,由单模光纤错位熔接制得,参考腔为封闭腔,由单模光纤与空芯光纤熔接制得.传感腔和参考腔的自由光谱范围相近,但不相等,双腔反射光经光纤耦合器后叠加产生游标效应,达到增敏的效果.实验结果表明,该传感器的折射率灵敏度约为9 048.78 nm/RIU,约是单个传感腔的8倍.该传感器具有灵敏度高、结构简单、易于制备、成本低廉的优点,在生物医疗、环境检测等领域有潜在的应用前景.