Sensor Optik Mikro/Nanofiber

Lei ZHANG1, Jingyi LOU2, dan Limin TONG1

1State Key Lab of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

2Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China

*Penulis : Limin TONG E-mail : phytong@zju.edu.cn

Abstrak : Sebagai serat optik berdimensi rendah dengan diameter mendekati atau di bawah panjang gelombang cahaya, optik mikro/nanofiber (MNF) menawarkan sejumlah properti yang menguntungkan untuk optik, yang telah dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, termasuk sensor fisik, kimia, dan biologi. Dalam tulisan ini kami meninjau prinsip-prinsip dan aplikasi silika, kaca, dan polimer optik mikro / nanofibers untuk penginderaan fisik dan kimia.

Kata Kunci : Optik Mikrofiber, Optik Nanofiber, Serat Runcing, Sensor Fisik, Sensor Kimia, Peninjauan Ulang

1. Pengenalan

Metode optik adalah beberapa yang terbaik dan tertua didirikan teknik penginderaan. Pembangunan dan peningkatan sensor optik didorong oleh permintaan terus menerus untuk menjadikannya lebih sederhana, cepat, sensitif, dan teknik pemantauan in-situ di berbagai bidang termasuk medis, farmasi, lingkungan, pertahanan, Bioprocessing, dan makanan industri. Dengan menggunakan serat optik sebagai transduksi elemen, serat optik fisik, kimia, dan biosensor telah sangat sukses di dekade lalu. Dengan pesatnya perkembangan mikro/nanoteknologi, serta meningkatkan tuntutan sensor miniatur dengan performa yang tinggi, sensor fiber optik dengan ukuran kecil, sensitivitas tinggi, respon yang cepat, selektivitas yang tinggi, dan batas deteksi

rendah adalah tren saat ini sistem penginderaan [1, 2].

Dalam serat optik standar dengan diameter lebih besar dari panjang gelombang cahaya, intensitas menurun dengan cepat menjadi hampir nol pada permukaan luar cladding. Dengan demikian, cahaya yang terpropagasi dalam serat menjadi tidak sensitif terhadap sekeliling sampai mencapai area kecil sebuah endface, yang membatasi interaksi antara cahaya dan spesimen dan akibatnya kepada respon sensor serat optik termasuk sensitivitas dan kadang-kadang waktu responnya. Dengan munculnya low-loss diameter sub panjang gelombang mikro/nanofiber (MNFs) [3], cahaya dapat dipandu di sepanjang serat kecil dengan fleksibilitas yang lebih untuk penginderaan optik dalam jarak spektrum inframerah yang terlihat dan dekat. Karena disebabkan oleh

diameter yang sangat kecil, MNFs ini mampu menawarkan gelombang fraksi besar dan bidang permukaan berintensitas tinggi [4, 5], menjadikannya sangat sensitif terhadap perubahan indeks dari medium sekitarnya dengan meningkatkan interaksi secara signifikan antara cahaya yang dipandu dan specimen sekitarnya [5, 6]. Selain itu, MNFs ini menunjukkan keseragaman diameter yang sangat baik dan kelancaran tingkat atom sidewall, membuat mereka mungkin untuk memandu cahaya dengan kerugian optik rendah dan kekuatan mekanik tinggi [3, 7, 8]. Oleh karena itu, MNFs ini menjanjikan untuk mengembangkan miniatur sensor serat optik dengan sensitivitas tinggi dan respon yang cepat.

Sejauh ini sejumlah metode telah dikembangkan untuk memfabrikasi MNFs [9-16], biasanya mulai dari bahan-bahan seperti kaca dan polimer. Misalnya, Harfenist [9] melaporkan menggambar MNFs secara langsung dari polimer larut. Sumetsky [10] membuat MNFs dengan menggambar serat optik standar dalam microfurnace yang terdiri dari tabung safir yang dipanaskan dengan laser CO2, Tong [15] mengembangkan metode untuk menggambar kaca kawat nano secara langsung dari gelas massal oleh serat safir. Baru-baru ini, Zhang [16] melaporkan Metode etching aliran asam florida untuk fabrikasi low-loss, diameter sub panjang gelombang serat biconical yang mengecil. Kerugian dari kemiringan as-fabricated kurang dari 0,1 dB / mm, sesuai dengan urutan kenaikan besaran pada optik transmisi melalui teknik etching asam sebelumnya. Pricking [17]

melaporkan model yang bisa mengsimulasikan proses fabrikasi dari bentuk kompleks sebuah serat yang meruncing. Sementara itu, sifat waveguide MNFs termasuk optik kurungan [5], dispersi waveguide [5, 18], kerugian radiasi induksi yang kasar [19, 20], kerugian bending [21], dan reflektifitas endface [22] telah dipelajari dengan baik oleh perhitungan teoritis dan/atau investigasi eksperimental. Berbagai perangkat fotonik MNF [23-32] telah dilaporkan, di antaranya MNF resonator [23-27] dan interferometer [33] sangat berguna untuk aplikasi penginderaan. Untuk operasi yang kuat dan stabil, perakitan MNF bisa tertanam dalam substrat indeks bias rendah [34, 35]. Selain itu, MNFs telah digunakan untuk kopling cahaya didalam atau diluar struktur penginderaan lainnya seperti optik ring-resonator liquid-core [36], microdisks [37], dan mikrosfer [38, 39].

Struktur khas dari sensor optik MNF yang diperkenalkan dalam makalah ini di ilustrasikan pada Gambar. 1. Gambar 1(a) menggambarkan sensor MNF tidak terbungkus paling sederhana, dimana ketebalan MNF biasanya dekat dengan atau kurang dari panjang gelombang cahaya. Sejak mode guide pada pecahan tinggi MNF terpropagasi di luar serat, intensitas transmisi MNF tergantung pada sifat-sifat media sekeliling, yang telah diterapkan untuk indeks bias (RI), kelembaban, dan kimia/penginderaan biologis. Kadang-kadang, permukaan MNF bisa dilapisi dengan aplikasi penginderaan Reagen yang lebih luas. Gambar 1(b) menggambarkan

sensor ujung serat meruncing, yang biasanya dilapisi dengan film sensitif untuk mengidentifikasi bahan kimia atau spesies biologi. Telah digunakan untuk penginderaan indeks bias dan beberapa fluoresensi berbasis penginderaan kimia/biologi. Gambar 1(c) menggambarkan sensor kopling kawat nano-MNF, yang pada prinsipnya sama dengan Gambar 1(a), tapi menawarkan fleksibilitas yang lebih untuk fungsionalisasi elemen penginderaan, dan telah diterapkan untuk polimer atau sensor optik semikonduktor kawat nano. Sementara sensor dalam Gambar. 1(a)-1(c) menerapkan skema intensity-dependent, pada Gambar. 1(d)-1(f) tergantung pada fase optik atau jalur. Gambar 1(d) menunjukkan struktur penginderaan yang mengandalkan kawat nano-MNF Mach-Zehnder interferometer (MZI). Gambar 1(e) menggambarkan sensor optik berdasarkan pada MNF resonator loop/ simpul/kumparan yang dirakit oleh mikromanipulasi. Gambar 1(f) menunjukkan sensor optik liquid-core ring-resonator menggunakan MNF untuk koneksi masukan dan keluaran.

Ilustrasi struktur khas sensor optik MNF: (a) sensor lurus MNF, (b) sensor MNF

ujung meruncing, (c) sensor kopling evanescent kawat nano MNF, (d) Sensor kawat nano-based MZI MNF, (e) sensor resonator MNF loop/simpul/coil, dan (f) sensor optik ring-resonator liquid-core.

Ketika upaya-upaya penelitian telah dilaporkan pada sensor fisik, kimia, dan biologi menggunakan struktur optik satu dimensi mulai dari serat optik, kawat nano ke waveguide planar, ulasan ini berfokus pada kaca dan sensor optik MNF polimer. Laser MNF, efek optik nonlinear di MNF, dan aplikasi lainnya tidak termasuk. Kami mengklasifikasikan sensor ini ke dalam kategori berikut: sensor fisik, sensor kimia, dan sensor biologi.

2. Sensor Fisik

Bagian ini memperkenalkan MNF berdasarkan sensor fisik untuk indeks bias, kelembaban, suhu, akselerator, dan giroskop.

2.1 Sensor Indeks Bias

Indeks bias merupakan salah satu sifat fisik dasar dalam penginderaan optik. Paling sering digunakan untuk mengukur konsentrasi zat. Sebagai contoh, Indeks Bias dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula atau protein. Dengan demikian, pengukuran indeks bias sangat penting untuk penginderaan kimia dan biologis. Sejumlah MNF berbasis sensor indeks bias dilaporkan baru-baru ini. Menurut struktur sensor, kami mengklasifikasikan sensor ini ke dalam kategori berikut: sensor indeks bias MNF lurus, sensor indeks bias MNF memutar, sensor indeks bias MNF loop atau melingkar, dan MZI berdasarkan sensor indeks bias MNF.

2.1.1 Sensor indeks bias MNF lurus

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2(a), Polynkin [40] melaporkan penginderaan perangkat optik penginderaan sederhana yang mampu mengukur propagasi cairan pada indeks bias di kanal mikro. Sensor ini didasarkan pada MNF yang tenggelam dalam polydimethylsiloxane (PDMS). Sebuah saluran untuk analyte cair dibuat di disekitar bidang lancip. Bidang evanescent menyebar melalui bagian lancip dari serat dan diperluas ke saluran, sehingga sangat sensitif dengan perubahan cairan indeks bias. Sensor dapat beroperasi baik sebagai perangkat on-off yang sangat responsif dan di mode pengukuran secara kontinyu, dengan perkiraan akurasi yaitu 5 × 10-4

untuk pengukuran indeks bias.

Gambar 2. Ilustrasi dari sensor indeks bias MNF lurus: (a) sensor MNF dengan kanal cairan, (b) sensor serat tunggal Bragg, dan (c) sensor serat Fabry-Perot interferometer

(FFPI).

Sensitivitas penginderaan MNF sensor dapat meningkat secara signifikan dengan menggunakan struktur interferometric. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 2(b) dan 2(c), Liang [41] melaporkan serat combiner Bragg (GDP) teknologi dengan prosedur etch-erosion kimia basah dan

menunjukkan dua jenis sensor indeks bias menggunakan serat optik single-mode. Indeks pertama sensor tersebut adalah MNF FBG etch-eroded tunggal dengan radius 3μm, yang digunakan untuk mengukur indeks empat cairan yang berbeda. Indeks kedua perangkat sensor tersebut adalah MNF FFPI etch-eroded dengan radius sekitar 1,5 m dan digunakan untuk mengukur indeks bias dari solusi alkohol isopropil. Karena fitur spektral yang sempit, sensor FFPI memiliki sensitivitas lebih tinggi dari sensor GDP dan dapat mendeteksi variasi indeks yaitu 1,4 × 10-5.

Fang [42] membuat FBG di MNF dengan penggunaan penyinaran laser pulse femtosecond. Misalnya grating bisa langsung terkena medium sekitarnya tanpa etching atau penipisan serat, sehingga memiliki sensitivitas indeks bias yang tinggi selagi mempertahankan keandalan yang sangat baik. Tergantung pada diameter serat, grating MNF didukung sejumlah mode propagasi, dan tingkat mode yang lebih tinggi menawarkan sensitivitas indeks bias yang lebih tinggi. Sensitivitas indeks bias juga tergantung pada diameter serat, biasanya diameter yang lebih kecil menghasilkan sensitivitas yang lebih tinggi. Sensitivitas paling tinggi yang diperoleh adalah 231,4 nm per unit indeks bias (RIU) di indeks bias 1,44 ketika diameter serat sekitar 2 m.

Baru-baru ini, Tai [43] menyajikan sensor indeks bias berdasarkan perubahan kurungan optik di ujung sub panjang gelombang (Gambar 1(b)). Titik optik secara substansial meningkat ketika lingkungan indeks bias

meningkat 1,3 ke 1,4. Dengan mengukur intensitas komponen spektrum bersudut rendah, sensitivitas intensitas hingga 8000% per RIU dapat dicapai. Aplikasi untuk mengukur konsentrasi asam dan tingkat penguapan campuran air juga ditunjukkan.

2.1.2 Sensor Indeks bias MNF lilit

Xing [44] melaporkan polimer MNF fleksibel dengan diameter dibawah 60 nm dan panjang hingga 500 mm, dibuat dengan proses menggambar satu langkah dari poli cair (trimetilena terephthalate) (PTT). Berdasarkan MNF ini, Zhu [45] mengembangkan sensor indeks bias yang bisa diatur dengan memutar dua kawat nano PTT yang fleksibel yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Sensor terdiri dari dua cabang input, daerah kopling terlilit, dan dua cabang output. Perubahan daya optik karena variasi dalam media sekitar wilayah kopling lilit diukur dalam cabang output. Sensitivitas tertinggi dari sensor adalah 26,96 mW / RIU dan deteksi batas di perubahan indeks bias adalah 1,85 × 10-7.

Gambar 3. Ilustrasi dari sensor indeks bias yang dililit

2.1.3 Sensor indeks bias MNF loop atau melingkar

Mode High-Q Whispering Gallery (WGM) mikroresonator seperti resonator MNF loop/simpul/coil ditunjukkan pada Gambar. 4(a) sangat sensitif terhadap perubahan dari medium sekitarnya: ketika indeks bias berubah, panjang gelombang resonansi bergeser (Gambar 4(b)).

Shi [46] mengatur model teoritis handal dan

mengoptimalkan struktur parameter resonator microfiber loop termasuk jari-jari mikrofiber, jari-jari lingkaran dan panjang wilayah kopling untuk sensitivitas yang lebih tinggi, jarak pengukuran dinamis yang lebih luas, dan batas deteksi yang lebih rendah. Untuk menunjukkan kemampuan penginderaan, mereka mengeksploitasi penerapan resonator loop mikrofiber optik di penginderaan indeks bias dengan batas deteksi ke 10-5 RIU.

Gambar 4. (a) Skematik sensor resonator MNF loop/simpul/kumparan dan (b)

skematik pergeseran panjang gelombang resonansi WGM.

Guo [32] menunjukkan bahwa kondisi kritis kopling loop microfiber melilit sekitsr batang tembaga. Kondisi kritis kopling dicapai dengan mengatur koefisien kopling untuk menyeimbangkan hilangnya sirkulasi. Berdasarkan hal tersebut, tembaga batang mendukung loop microfiber, Guo [47] mengembangkan sensor indeks bias. Karena kekokohan dukungan struktur loop dan

fleksibilitas dalam memperoleh kopling kritis dalam jarak spektrum yang luas, loop microfiber ini menunjukkan sensitivitas tinggi dan stabilitas yang tinggi untuk pengindraan di kedua solusi konsentrasi rendah dan tinggi dengan pengukuran perkiraan sensitivitas indeks bisa hingga 1,8 × 10-5 RIU.

Xu [48] menyajikan sensor indeks bias yang kuat dan compact berdasarkan resonator MNF microcoil yang dilapisi. Menurut perhitungan, sensitivitas tergantung diameter serat dan ketebalan lapisan. Sebuah sensitivitas hingga 700 nm/RIU dan resolusi indeks bias turun ke 10-10 diprediksi dan akibatnya Sensor indeks bias telah ditunjukan secara eksperimental [49] dengan sensitivitas sekitar 40 nm/RIU. Para penulis juga melaporkan sensor RI didasarkan pada resonator MNF loop yang tertanam [50]. Sensitivitas dipelajari dalam dua konfigurasi yang khas dan diameter serat dan ketebalan bungkusan juga ditentukan. Baru-baru ini, Xu [51] memproduksi grating di MNF dan membahas aplikasi mereka untuk pengindraan. Grating diproduksi dengan membungkus sebuah MNF pada batang microstructured. Metode ini menghindari MNF post-processing tipis dan menunjukkan fleksibilitas.

2.1.4 MZI berdasarkan sensor indeks bias MNF

Berdasarkan pemodelan teoritis, Wu [52] mengusulkan dan menyelidiki sensor yang sangat sensitif menggunakan struktur MZI MNF yang dirakit Gambar. 5. Sensor digunakan untuk mengukur indeks bias dari solusi isopropil alkohol dengan berbeda konsentrasi. Mode Pergeseran fase yang berasal dari

perubahan indeks bias dari ambient media, diperoleh. Sensor MZI berdasarkan MNFs memamerkan kemampuan mengukur sebuah variasi indeks 10-6 RIU.

Gambar 5. Skema sensor MZI yang dirakit oleh dua nanofibers.

2.2 Sensor Suhu

Seperti disebutkan di atas, resonansi transmisi sempit dari resonator microring atau microcoil sangat sensitif terhadap indeks bias dan panjang microring itu, yang pada gilirannya dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan radiasi. Oleh karena itu, resonator microring, microknot atau microdisk dapat digunakan untuk penginderaan suhu.

Sumetsky [53] mengusulkan sensor suhu kontak langsung yang sangat cepat menggunakan loop microfiber resonator (MLR), dengan mengukur pemanasan/pendinginan waktu relaksasi dari sekitar 3 mikrodetik.

Wu [54] melaporkan sensor suhu dua serat optik berdasarkan silika / polimer resonator microfiber knot (SMKR / PMKR). Sensor ini terdiri dari tiga lapisan: MgF2 kristal piring sebagai substrat dan penginderaan knot tertutup oleh lempengan tipis MgF2 untuk tetap stabil dan kekebalan terhadap fluktuasi lingkungan. Sensitivitas suhu

SMKR sekitar 52 pm / ℃ dalam 30 ℃ sekitar 700 ℃, sedangkan sensitivitas PMKR adalah sekitar 266 pm / ℃ dalam 20 ℃ sekitar 80 ℃. Respon temporal SMKR dan sensor PMKR kurang dari 1 ms dan 5 ms, masing-masing. Resonator MNF simpul ini dapat digunakan sebagai miniatur sensor suhu tinggi dengan respon cepat. Resolusi yang lebih tinggi dapat diantisipasi dengan perbaikan lebih lanjut dari faktor Q dari resonator.

Zeng [55] mengusulkan dan memeragakan sensor suhu compact berdasarkan pada resonator MNF simpul yang ditempatkan di piring kaca substrat dan dilapisi dengan polimer indeks rendah untuk menjaga sistem yang kuat. Sensitifitas sensor suhu semacam ini 0,27 nm / ℃ dalam proses pemanasan (saat suhu berkisar antara 28 ℃ ke 140 ℃) dan -0,28 nm / ℃ dalam proses pendinginan (saat Suhu berkisar dari 135 ℃ sampai 25 ℃) dapat diperoleh. Resolusi suhu 0,5 ℃ ditunjukkan dan resolusi yang lebih tinggi diperkirakan dengan spektrometer resolusi tinggi.

Kou [56] menyajikan sensor suhu tinggi ultra-small all-silica berdasarkan pada reflektif Fabry-Perot interferometer (FPMI). FPMI dibuat dari rongga mikro (sekitar 4,4 μm) langsung dibuat menjadi probe serat lancip kurang dari 10 m dalam diameter. Kepala penginderaan adalah miniatur konfigurasi serat singlemode-multimode tanpa splicing. Sensitivitas suhu sekitar 20 pm / ℃ dekat panjang gelombang 1550 nm. Sensor semacam ini dapat bekerja dalam lingkungan yang keras dengan gradien suhu ultra-besar.

Li [57] menunjukkan sensor termal bersensitivitas tinggi dengan melapisi lapisan PDMS pada permukaan silika toroidal microresonator pada silika. Karna memiliki High-Q WGM, Microresonator PDMS yang dilapisi sangat sensitif terhadap perubahan suhu di sekitarnya. Untuk mempelajari pergeseran panjang gelombang resonansi di silika microtoroid PDMS yang dilapisi, sebuah MNF dengan diameter sekitar 1,5 μm digunakan untuk beberapa sinar laser ke dalam microresonator toroidal PDMS berlapis dan juga mengeluarkan cahaya. Pengukuran sensitivitas dari 0,151 nm / K adalah salah satu besaran yang lebih tinggi dari sensor silika microcavity murni.

2.3 Giroskop dan akselerometer

Scheuer [58] meneliti efek dari rotasi pada propagasi gelombang elektromagnetik di struktur resonator microcoil MNF. Hal ini menunjukkan bahwa kombinasi slow-light dan mekanisme propagasi konvensional mengarah ke peningkatan besaran dari pergeseran fasa Sagnac dan dapat digunakan untuk realisasi sensor rotasi optik yang sangat compact dan giroskop.

Huo [59] mengembangkan optik accelerometer dengan silikon-micromachined massal massa bukti dan resonator loop MNF (MLR) sensor. MLR tetap pada permukaan beam kantilever. Bukti massa dan beam kantilever yang dibuat dengan proses dua topeng. Sebuah accelerometer dengan sensitivitas output 624,7 mV/g dalam jarak +/- 20 g diperoleh.

2.4 Sensor Arus

Belal [60] menunjukkan sensor arus kawat mikro serat optik berdasarkan efek Faraday. Dalam sensor arus ini, perubahan polarisasi azimut propagasi bidang optik sebanding dengan intensitas medan magnet diinduksi oleh arus yang diberikan. Sensor compact menyediakan kemampuan untuk merasakan arus frekuensi tinggi atau medan magnet dalam kondisi berbahaya. Selain itu dapat memantau kerusakan listrik dan korona, di mana perubahan medan listrik dan medan magnet biasanya terjadi dari waktu ke waktu meningkat dari sekitar 1 ns.

2.5 Sensor Kelembaban

Gu [61] melaporkan nanosensors yang sangat serbaguna menggunakan nanofibers polimer atau kawat nano. Untuk penginderaan kelembaban relatif (RH), sebuah kawat nano poliakrilamida (PAM) diambil dari PAM sebuah larutan diberikan untuk penginderaan RH berdasarkan kekuatan kebocoran evanescent RH-dependent. Seperti digambarkan secara skematis pada Gambar. 6(a), serat lancip diambil dari serat single-mode dengan distal akhir sekitar 500 nm diameter ditempatkan secara paralel dan berdekatan dengan salah satu ujung dari kawat nano polimer. Karena kopling evanescent yang kuat antara kawat nano dan serat lancip, cahaya bisa diluncurkan secara efisien ke dan mengambil dari kawat nano dalam beberapa mikrometer overlap. Estimasi waktu respon (baseline ke 90% sinyal saturasi) dari sensor adalah sekitar 24 ms ketika RH jatuh dari 10% ke 75% dan 30 ms ketika RH jatuh dari 88% ke 75%,

yang 1 atau 2 besaran lebih cepat daripada sensor RH yang ada. Respon yang sangat cepat dari sensor dapat dikaitkan dengan diameter kecil dan besar rasio permukaan-ke-volume dari kawat nano yang memungkinkan difusi cepat atau penguapan molekul air, serta pengambilan sinyal cepat menggunakan pendekatan optik.

Gambar 6. (a) Skema evanescent ditambah sensor kelembaban PAM kawat nano dan

(b) skema lapisan gelatin dilapisi subwavelength-diameter sensor serat

optik. meruncing

Zhang [62] melaporkan sensor RH dengan menggunakan subwavelength-diameter MNF dilapisi dengan lapisan gelatin ditunjukkan pada Gambar. 6(b). Elemen penginderaan terdiri dari 680-nm-diameter MNF dilapisi dengan 8-mm-panjang 80-nm-ketebalan lapisan gelatin, dan dioperasikan pada panjang gelombang 1550 nm. ketika terkena kelembaban, perubahan di indeks bias dari lapisan gelatin merubah bidang mode serat yang dilapisi, dan diubah sebagian kekuasaan dari guide mode ke mode radiasi, dihasilkan dalam kerugian RH-dependent untuk penginderaan optik. Sensor dioperasikan dalam berbagai rentang kelembaban (9% RH - 94% RH) dengan sensitivitas tinggi dan reversibilitas yang baik. Waktu respon diukur sekitar 70 ms.

3. Sensor Kimia

Bagian ini memperkenalkan beberapa sensor kimia yang tipikal berdasarkan MNF dikategorikan oleh penginderaan mekanisme dan struktur.3.1 Sensor gas MNF lurus

Mekanisme penginderaan dari sensor gas kimia mirip dengan sensor kelembaban. Misalnya, gas hidrogen tidak menampilkan intrinsik serapan / emisi yang dapat digunakan untuk penginderaan optik, sehingga sebuah tambahan lapisan fungsional harus digunakan untuk deteksi hidrogen. Villatoro melaporkan hidrogen penginderaan [63, 64] menggunakan film palladium dilapisi MNF. Ketika sensor itu terkena gas hidrogen, hidrogen berinteraksi kuat dengan platinum, sehingga perubahan serat optik transmisi sekitar 850 nm atau 1550 nm. Dengan menggunakan MNF tipis untuk meningkatkan interaksi gelombang evanescent antara cahaya guided dan platinum coating, sensitivitas tinggi dan respon yang cepat yang diperoleh. Misalnya, menggunakan 1300-nm-diameter serat dengan 4-nm-tebal dan 2-mm-panjang film paladium, 10 s respon waktu yang diamati [64], yang beberapa kali lebih cepat daripada sensor hidrogen optik atau listrik konvensional.

Dibandingkan dengan kaca atau oksida MNFs / kawat nano, kawat nano polimer diwarisi dari perm-selektif alam dan biokompatibilitas bahan polimer, menawarkan sejumlah keuntungan yang sangat menarik untuk aplikasi penginderaan. Polimer single-nanowire sensor optik yang dilaporkan oleh Gu [61] juga bisa melakukan respon cepat penginderaan gas dengan sensitivitas tinggi. Untuk menyesuaikan kawat nano untuk penginderaan optik, bahan fungsional diolah ke dalam atau dicampur dengan polimer terlarut sebelum proses menggambar.

Kawat nano polimer fungsional digunakan untuk NO2 dan deteksi NH3 ke tingkat sub-bagian-per-juta dengan waktu respon 1 atau 2 kali lebih cepat daripada sensor konvensional. Baru-baru ini, Gu [65] menunjukkan kawat nano single waveguiding polianilin / polystyrene untuk sangat selektif untuk mendeteksi campuran gas dengan NH3 batas deteksi pada bagian-per-juta tingkat dan penginderaan kelembaban relatif mulai dari 37% sampai 84%.

3.2 Penyerapan permukaan dan sensor fluoresensi

Bidang evanescent dari MNF dapat digunakan untuk memanggil molekul atau partikel terdekat yang kemudian bisa terdeteksi melalui penyerapan. Warken [66] melaporkan spektroskopi penyerapan permukaan ultra-sensitif menggunakan sub-panjang gelombang diameter MNF. Penyerapan partikel pada permukaan serat mudah terdeteksi melalui transmisi serat. Penyerapan yang dihasilkan dari cakupan permukaan tertentu bisa menjadi besaran yang lebih tinggi daripada di permukaan konvensional spektroskopi. Misalnya, batas deteksi sub-monolayer dari 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) molekul diperoleh, yang mengungkapkan dinamika aglomerasi pada skala waktu detik ke menit.

Baru-baru ini, Stiebeiner [67] menyajikan pengukuran spektroskopi pada PTCDA di sekitar kondisi dengan menggunakan mode guided nanofiber untuk baik eksitasi dan koleksi fluoresensi. Kurungan radial yang kuat dan bidang evanescent yang jelas pada cahaya guided dalam kondisi optik nanofiber yang menguntungkan untuk menghasilkan permukaan spektroskopi molekul ultra-sensitif yang disimpan pada serat. Ditemukan bahwa cakupan permukaan sekecil 1 bagian per seribu dari compact monolayer masih memunculkan spektrum

fluoresensi dengan sinyal yang baik untuk rasio noise. Selain itu, penulis menganalisis dan mengukur efek penyerapan diri karena reabsorpsi cahaya fluoresensi dipancarkan oleh molekul permukaan-teradsorpsi yang didistribusikan sepanjang MNF.

3.3 Spektrum Evanescent berdasarkan sensor cairan

Secara umum, ada dua jenis teknik penginderaan penyerapan bidang evanescent, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7. Pendekatan pertama mengukur penyerapan langsung dari analit dalam bidang evanescent dari MNF, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7(a). Pendekatan kedua mengukur penyerapan bidang evanescent secara tidak langsung, dimana film sensitif bergerak pada permukaan serat. Ketika analit berinteraksi dengan film sensitif, perubahan transmisi akan diamati, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7(b).

Gambar 7. Ilustrasi pendekatan penginderaan penyerapan bidang

evanescent: (a) penyerapan bidang evanescent berdasarkan penyerapan langsung dari analit dalam bidang

gelombang evanescent dari peregangan serat lancip yang dipanaskan dan (b) penyerapan bidang evanescent tidak langsung, film sensitif bergerak di

permukaan serat lancip, ketika analit berinteraksi dengan film sensitif,

perubahan transmisi akan diamati.

Berdasarkan teknik pertama, Vishnoi [68] mengembangkan spektrofotometer menggunakan inti meruncing dari serat optik multimode, yang mampu mengidentifikasi spesies kimia yang memiliki penyerapan puncak di wilayah yang terlihat dari spektrum (400 nm ke 700 nm). Solusi pewarna air yang berbeda konsentrasi dalam bentuk murni dan campuran, telah diselidiki. Ditemukan bahwa konsentrasi 1 μM Rose Bengal dapat dideteksi, dan campuran Rose Bengal dan Brilliant Green (λmax: 625 nm) dengan konsentrasi 2 μM masing-masing dengan mudah bisa diidentifikasi dengan puncak karakteristik mereka.

Bagi mereka, analit tidak menampilkan serapan / emisi intrinsic yang dapat digunakan untuk optik penginderaan, mereka biasanya terdeteksi secara tidak langsung. Berdasarkan pada teknik kedua, Baldini [69] menyajikan sensor pH menggunakan MNF fungsional. Indikator asam-basa, timol biru, adalah kovalen bergerak pada permukaan serat dengan cara proses sililasi. Permukaan serat dimodifikasi sepanjang bagian dari 8 mm. Dibandingkan dengan serat kosong, suatu peningkatan dalam sensitivitas faktor 6 telah diamati dalam MNF dalam kisaran pH 1-2,5, dan sensitivitas 0,05 pH unit tercapai.

Pengukuran fluoresensi memberikan deteksi bahan kimia yang sensitif. Sejak intensitas fluoresensi sebanding dengan intensitas eksitasi, bahan kimia yang mempunyai konsentrasi rendah dapat dideteksi. Umumnya, ada dua teknik penginderaan fluoresensi bidang

evanescent, seperti ditunjukkan pada Gambar. 8.

Gambar 8. Ilustrasi pendekatan penginderaan fluoresensi bidang

evanescent: (a) metode fluoresensi langsung dan

(b) Metode tidak langsung berdasarkan intensitas fluoresensi.

Dalam pendekatan pertama, fluoresensi tertarik dengan bidang evanescent dan kemudian digabungkan kembali ke MNF (Gambar 8(a)), yang dikenal sebagai metode langsung, di mana bidang evanescent digunakan untuk memberikan eksitasi radiasi serta untuk mengumpulkan radiasi emisi. Misalnya, ketika cahaya eksitasi 460 nm diluncurkan ke 3,69-μm-diameter biconical lancip (yaitu, MNF) dikelilingi oleh solusi fluorescein dengan konsentrasi 10 μM sampai 60 μM, 516-nm panjang gelombang cahaya neon dikumpulkan oleh serat yang sama, dan sinyal fluoresensi ditemukan sebanding dengan konsentrasi fluorescein [70]. Hasil menunjukkan kelayakan dalam mengukur fluoresensi melalui kopling evanescent, sehingga menunjukkan potensi menggunakan MNF sebagai pengaplikasian sensor fluoresensi untuk kimia dan biologi.

Dalam pendekatan kedua, sebuah film nonfluorescent digunakan untuk mengukur secara tidak langsung intensitas fluoresensi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8(b). Misalnya, dalam

microsensor amonia dilaporkan baru-baru ini [71], sebuah indikator pH neon bergerak pada ujung serat. Ketika amonia berinteraksi dengan indikator, intensitas fluoresensi meningkat. Konsentrasi amonia bisa disimpulkan dengan mengukur intensitas fluoresensi. Microsensor menunjukkan batas deteksi 0,5 μg / L. Rentang dinamis sensor cocok dengan tingkat konsentrasi (<25 μg / L) yang diketahui beracun untuk organisme. Untuk mengurangi waktu respon dari flouresensi ujung serat sensor pH, sebuah struktur nano hidrofilik dibuat pada ujung meruncing menggunakan metode perakitan elektrostatik lapis demi lapis (LBL), yang dipercepat air molekul dan ion difusi melalui Struktur multilayer [72], sehingga lima kali lebih cepat di waktu-naik respon dari pH 3 sampai pH 7.

3.4 Resonator Ring berdasarkan sensor uap kimia

Sun [73] melakukan simulasi berdasarkan pada Model empat lapisan Mie secara sistematis menganalisis kinerja penginderaan sensor kimia uap cincin resonator. Dua konfigurasi sensor diselidiki, di mana lapisan polimer dilapisi di kedua permukaan interior atau eksterior dari resonator cincin silindris silika. Setelah interaksi polimer dan uap ter analit, indeks bias dan ketebalan lapisan polimer berubah, mengarah ke pergeseran spectral dalam mode resonansi yang didukung oleh resonator cincin. Sensitivitas indeks bias dan sensitivitas ketebalan dipelajari sebagai fungsi dari ketebalan lapisan polimer dan indeks bias, ukuran ring resonator dan ketebalan dinding, dan ketertiban dan polarisasi mode resonan.

Selain hasil simulasi, penulis [74] juga dikembangkan dengan cepat sensor kimia-uap berdasarkan cincin optofluidic resonator (OFRRs). OFRR adalah gelas kapiler yang melingkari dinding mendukung WGM.

Permukaan dalam OFRR dilapisi dengan polimer uap-sensitif. Sebuah 1550 nm laser diode yang bisa diatur dipindai di panjang gelombang yang digabungkan ke dalam WGM melalui MNF optik berhubungan dengan OFRR tersebut. Dip intensitas pada akhir keluaran serat digunakan untuk menunjukkan posisi spektral WGM. Ketika uap molekul melewati OFRR dan berinteraksi dengan polimer, polimer indeks bias berubah, menjadi ke pergeseran spektral WGM. Seluruh OFRR ditempatkan pada modul plastik tertutup oleh slide kaca untuk meminimalkan fluktuasi suhu. Sebagai akibat, OFRR dipamerkan deteksi subsecond dan waktu pemulihan dengan laju alir hanya 1 mL / menit, beberapa lipat lebih rendah dari sensor uap optik konvensional. Deteksi batas diperkirakan 5,6 × 10-6 RIU, lebih dari sepuluh kali lebih rendah daripada sensor uap cincin-resonator jenis lain. Uap etanol dan heksana yang digunakan sebagai sistem model, dan diferensiasi kimia ditunjukkan dengan lapisan polimer yang berbeda.

4. Kesimpulan

MNF dapat berfungsi sebagai elemen dasar untuk optik penginderaan atau untuk input cahaya / output dalam sensor fotonik miniature. Karena sifat yang menguntungkan mereka yaitu pecahan tinggi bidang evanescent, dimensi rendah, kerugian rendah, dan fleksibilitas tinggi untuk optik penginderaan, Resonator optik MNF berbasis menawarkan keuntungan sensitivitas tinggi, respon yang cepat, jejak kaki kecil, resolusi spasial tinggi, dan batas deteksi rendah. Selain itu, ukuran fitur panjang gelombang atau skala

nano dari serat ini memungkinkan untuk mengintegrasikan MNFs dengan chip mikofluida atau nanofluida untuk aplikasi praktis yang memerlukan sampel dengan jumlah yang sangat kecil (misalnya, kurang dari tingkat mikro atau nano liter).

Pengakuan

Karya ini didukung oleh National Natural Science Foundation of China dalam proyek Nomor 60907036 dan Nomor 61036012, Natural Science Foundation Provinsi Zhejiang, Cina di bawah proyek No. Y1090021, Fundamental Research Funds untuk Central Universities dibawah Proyek No. 2010QNA5038 dan Specialized Research Fund untuk Program Doktor Tinggi Pendidikan Cina dalam proyek No. J20091636.

Referensi

[1] A. Leung, P. M. Shankar, and R. Mutharasan, “A review of fiber-optic biosensors,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 125, no. 2, pp. 688-703, 2007.[2] O. S. Wolfbeis, “Fiber-Optic Chemical Sensors and Biosensors,” Analytical Chemistry, vol. 80, no. 12, pp. 4269-4283, 2008.[3] J. Bures and R. Ghosh, “Power density of the evanescent field in the vicinity of a tapered fiber,” Journal of the Optical Society America A, vol. 16, no. 8, pp. 1992-1996, 1999.[4] L. M. Tong, J. Y. Lou, and E. Mazur, “Single-mode guiding properties of subwavelength-diameter silica and silicon wire waveguides,” Optics Express, vol. 12,no. 6, pp. 1025-1035, 2004. [5] J. Y. Lou, L. M. Tong, and Z. Z. Ye, “Modeling of silica nanowires for optical sensing,” Optics Express, vol. 13, no. 6, pp. 2135-2140, 2005.

[6] L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom et al., “Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding,” Nature, vol. 426, no. 6968, pp. 816-819, 2003.[7] G. Brambilla, V. Finazzi, and D. J. Richardson, “Ultra-low-loss optical fiber nanotapers,” Optics Express, vol. 12, no. 10, pp. 2258-2263, 2004.[8] S. Leon-Saval, T. Birks, W. Wadsworth et al., “Supercontinuum generation in submicron fibre waveguides,” Optics. Express, vol. 12, no. 13, pp. 2864-2869, 2004.[9] S. A. Harfenist, S. D. Cambron, E. W. Nelson et al., “Direct drawing of suspended filamentary micro- and nanostructures from liquid polymers,” Nano Letters, vol. 4, no. 10, pp. 1931-1937, 2004.[10] M. Sumetsky, Y. Dulashko, and A. Hale, “Fabrication and study of bent and coiled free silica nanowires: Self-coupling microloop optical interferometer,” Optics Express, vol. 12, no. 15, pp. 3521-3531, 2004.[11] G. Brambilla, E. Koizumi, X. Feng et al., “Compound-glass optical nanowires,” Electronics Letters, vol. 41, no. 7, pp. 400-402, 2005.[12] L. M. Tong, J. Y. Lou, Z. Z. Ye et al.,“Self-modulated taper drawing of silica nanowires,” Nanotechnology, vol. 16, no. 9, pp. 1445-1448, 2005.[13] G. Brambilla, F. Xu, and X. Feng, “Fabrication of optical fibre nanowires and their optical and mechanical characterisation,” Electronics Letters, vol. 42, no. 9, pp. 517-519, 2006.[14] L. Shi, X. F. Chen, H. J. Liu et al., “Fabrication of submicron-diameter silica fibers using electric strip heater,” Optics Express, vol. 14, no. 12, pp. 5055-5060, 2006.[15] L. M. Tong, L. L. Hu, J. J. Zhang et al., “Photonic nanowires directly drawn from bulk glasses,” Optics Express, vol. 14, no. 1, pp. 82-87, 2006.[16] E. J. Zhang, W. D. Sacher, and J. K. Poon, “Hydrofluoric acid flow etching of

low-loss subwavelength-diameter biconical fiber tapers,” Optics Express, vol. 18, no. 21, pp. 22593-22598, 2010.[17] S. Pricking and H. Giessen, “Tapering fibers with complex shape,” Optics Express, vol. 18, no. 4, pp. 3426-3437, 2010.[18] J. Y. Lou, L. M. Tong, and Z. Z. Ye, “Dispersion shifts in optical nanowires with thin dielectric coatings,” Optics Express, vol. 14, no. 16, pp. 6993-6998, 2006.[19] G. Y. Zhai and L. M. Tong, “Roughness-induced radiation losses in optical micro or nanofibers,” Optics Express, vol. 15, no. 21, pp. 13805-13816,2007.[20] A. V. Kovalenko, V. N. Kurashov, and A. V. Kisil, “Radiation losses in optical nanofibers with random rough surface,” Optics Express, vol. 16, no. 8, pp. 5797-5806, 2008.[21] H. K. Yu, S. S. Wang, J. Fu et al., “Modeling bending losses of optical nanofibers or nanowires,” Applied Optics, vol. 48, no. 22, pp. 4365-4369, 2009.[22] S. S. Wang, Z. F. Hu, H. K. Yu et al., “Endface reflectivities of optical nanowires,” Optics Express, vol. 17, no. 13, pp. 10881-10886, 2009.[23] M. Sumetsky, Y. Dulashko, J. M. Fini et al., “Optical microfiber loop resonator,” Applied Physics Letters, vol. 86, no. 16, pp. 161108, 2005.[24] L. M. Tong, J. Y. Lou, R. R. Gattass et al., “Assembly of silica nanowires on silica aerogels for microphotonic devices,” Nano Letters, vol. 5, no. 2, pp. 259-262, 2005.[25] X. S. Jiang, L. M. Tong, G. Vienne et al., “Demonstration of optical microfiber knot resonators,” Applied Physics Letters, vol. 88, no. 22, pp. 223501, 2006.[26] X. D. Jiang, Y. Chen, G. Vienne et al., “All-fiber add-drop filters based on microfiber knot resonators,” Optics Letters, vol. 32, no. 12, pp. 1710-1712, 2007.[27] F. Xu and G. Brambilla, “Manufacture of 3-D microfiber coil

resonators,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 19, no. 17-20, pp. 1481-1483, 2007.[28] Y. Chen, Z. Ma, Q. Yang et al., “Compact optical short-pass filters based on microfibers,” Optics Letters, vol. 33, no. 21, pp. 2565-2567, 2008.[29] G. Vienne, A. Coillet, P. Grelu et al., “Demonstration of a reef knot microfiber resonator,” Optics Express, vol. 17, no. 8, pp. 6224-6229, 2009.[30] S. S. Wang, Z. F. Hu, Y. H. Li et al., “All-fiber Fabry-Perot resonators based on microfiber Sagnac loop mirrors,” Optics Letters, vol. 34, no. 3, pp. 253-255, 2009.[31] P. Wang, L. Zhang, Z. Y. Yang et al., “Fusion Spliced Microfiber Closed-Loop Resonators,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no. 15, pp. 1075-1077, 2010.[32] X. Guo, Y. H. Li, X. S. Jiang et al., “Demonstration of critical coupling in microfiber loops wrapped around a copper rod,” Applied Physics Letters, vol. 91, no. 7, pp. 073512, 2007.[33] Y. H. Li and L. M. Tong, “Mach-Zehnder interferometers assembled with optical microfibers or nanofibers,” Optics Letters, vol. 33, no. 4, pp. 303-305, 2008.[34] F. Xu and G. Brambilla, “Embedding optical microfiber coil resonators in Teflon,” Optics Letters, vol. 32, no. 15, pp. 2164-2166, 2007.[35] N. Lou, R. Jha, J. L. Domínguez-Juárez et al., “Embedded optical micro/nano-fibers for stable devices,” Optics Letters, vol. 35, no. 4, pp. 571-573,2010.[36] I. M. White, H. Oveys, and X. Fan, “Liquid-core optical ring-resonator sensors,” Optics Letters, vol. 31, no. 9, pp. 1319-1321, 2006.[37] A. M. Armani and K. J. Vahala, “Heavy water detection using ultra-high-Q microcavities,” Optics Letters, vol. 31, no. 12, pp. 1896-1898, 2006.[38] D. Keng, S. R. McAnanama, I. Teraoka et al., “Resonance fluctuations of a whispering gallery mode biosensor by particles undergoing Brownian motion,”

Applied Physics Letters, vol. 91, no. 10, pp. 103902, 2007.[39] F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber et al., “Protein detection by optical shift of a resonant microcavity,” Applied Physics Letters, vol. 80, no. 21, pp. 4057-4059, 2002.[40] P. Polynkin, A. Polynkin, N. Peyghambarian et al., “Evanescent field-based optical fiber sensing device for measuring the refractive index of liquids inmicrofluidic channels,” Optics Letters, vol. 30, no. 11, pp. 1273-1275, 2005.[41] W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu et al., “Highly sensitive fiber Bragg grating refractive index sensors,” Applied Physics Letters, vol. 86, no. 15, pp. 151122, 2005.[42] X. Fang, C. R. Liao, and D. N. Wang, “Femtosecond laser fabricated fiber Bragg grating in microfiber for refractive index sensing,” Optics Letters, vol. 35, no. 7, pp. 1007-1009, 2010.[43] Y. H. Tai and P. K. Wei, “Sensitive liquid refractive index sensors using tapered optical fiber tips,” Optics Letters, vol. 35, no. 7, pp. 944-946, 2010.[44] X. Xing, Y. Wang, and B. Li, “Nanofibers drawing and nanodevices assembly in poly(trimethylene terephthalate),” Optics Express, vol. 16, no. 14, pp. 10815-10822, 2008.[45] H. Zhu, Y. Wang, and B. Li, “Tunable Refractive Index Sensor with Ultracompact Structure Twisted by Poly(trimethylene terephthalate) Nanowires,” ACS Nano, vol. 3, no. 10, pp. 3110-3114, 2009.[46] L. Shi, Y. H. Xu, W. Tan et al., “Simulation of optical microfiber loop resonators for ambient refractive index sensing,” Sensors, vol. 7, no. 5, pp. 689-696, 2007.[47] X. Guo and L. M. Tong, “Supported microfiber loops for optical sensing,” Optics Express, vol. 16, no. 19, pp. 14429-14434, 2008.[48] F. Xu, P. Horak, and G. Brambilla, “Optical microfiber coil resonator refractometric sensor,” Optics Express, vol. 15, no. 12, pp. 7888-7893, 2007.

[49] F. Xu and B. Gilberto, “Demonstration of a refractometric sensor based on optical microfiber coil resonator,” Applied Physics Letters, vol. 92, no. 10, pp. 101126, 2008.[50] F. Xu, V. Pruneri, V. Finazzi et al., “An embedded optical nanowire loop resonator refractometric sensor,” Optics Express, vol. 16, no. 2, pp. 1062-1067, 2008.[51] F. Xu, G. Brambilla, and Y. Q. Lu, “A microfluidic refractometric sensor based on gratings in optical fibre microwires,” Optics Express, vol. 17, no. 23, pp. 20866-20871, 2009.[52] P. H. Wu, C. H. Sui, and B. Q. Ye, “Modelling nanofiber Mach-Zehnder interferometers for refractive index sensors,” Journal of Modern Optics,vol. 56, no. 21, pp. 2335-2339, 2009.[53] M. Sumetsky, Y. Dulashko, J. M. Fini et al., “The microfiber loop resonator: Theory, experiment, and application,” Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no. 1, pp. 242-250, 2006.[54] Y. Wu, Y. J. Rao, Y. H. Chen et al., “Miniature fiber-optic temperature sensors based on silica/polymer microfiber knot resonators,” Optics Express, vol. 17, no. 20, pp. 18142-18147, 2009.[55] X. Zeng, Y. Wu, C. L. Hou et al., “A temperature sensor based on optical microfiber knot resonator,” Optics Communications, vol. 282, no. 18, pp. 3817-3819, 2009.[56] J. L. Kou, J. Feng, L. Ye et al., “Miniaturized fiber taper reflective interferometer for high temperature measurement,” Optics. Express, vol. 18, no. 13, pp. 14245-14250, 2010.[57] B. B. Li, Q. Y. Wang, Y. F. Xiao et al., “On chip, high-sensitivity thermal sensor based on high-Q polydimethylsiloxane-coated microresonator,” Applied Physics Letters, vol. 96, no. 25, pp. 251109, 2010.[58] J. Scheuer, “Fiber microcoil optical gyroscope,” Optics Letters, vol. 34, no. 11, pp. 1630-1632, 2009.

[59] C. L. Hou, Y. Wu, X. Zeng et al., “Novel high sensitivity accelerometer based on a microfiber loop resonator,” Optical Engineering, vol. 49, no. 1, pp. 014402, 2010.[60] M. Belal, Z. Song, Y. Jung et al., “Optical fiber microwire current sensor,” Optics Letters, vol. 35, no. 18, pp. 3045-3047, 2010.[61] F. Gu, L. Zhang, X. Yin et al., “Polymer single-nanowire optical sensors,” Nano Letters, vol. 8, no. 9, pp. 2757-2761, 2008.[62] L. Zhang, F. X. Gu, J. Y. Lou et al., “Fast detection of humidity with a subwavelength-diameter fiber taper coated with gelatin film,” Optics Express, vol. 16, no. 17, pp. 13349-13353, 2008.[63] J. Villatoro, D. Luna-Moreno, and D. Monzon-Hernandez, “Optical fiber hydrogen sensor for concentrations below the lower explosive limit,” Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 110, no. 1, pp. 23-27, 2005.[64] J. Villatoro and D. Monzon-Hernandez, “Fast detection of hydrogen with nano fiber tapers coated with ultra thin palladium layers,” Optics Express, vol. 13, no. 13, pp. 5087-5092, 2005.[65] F. X. Gu, X. F. Yin, H. K. Yu et al.,“Polyaniline/polystyrene single-nanowire devices for highly selective optical detection of gas mixtures,” Optics Express, vol. 17, no. 13, pp. 11230-11235, 2009.[66] F. Warken, E. Vetsch, D. Meschede et al., “Ultra-sensitive surface absorption spectroscopy using sub-wavelength diameter optical fibers,” Optics Express, vol. 15, no. 19, pp. 11952-11958, 2007.[67] A. Stiebeiner, O. Rehband, R. Garcia-Fernandez et al., “Ultra-sensitive fluorescence spectroscopy of isolated surface-adsorbed molecules using an optical nanofiber,” Optics Express, vol. 17, no. 24, pp. 21704-21711, 2009.[68] G. Vishnoi, T. C. Goel, and P. K. C. Pillai, “Spectrophotometric studies of chemical species using tapered core multimode optical fiber,” Sensors and

Actuators B-Chemical, vol. 45, no. 1, pp. 43-48, 1997.[69] F. Baldini, L. Ciaccheri, A. Falai et al., “Thymol blue immobilized on tapered fibres as an optical transducer for pH sensing,” Chemical, Biochemical, and Environmental Fiber Sensors X, vol. 3540, pp. 28-33, 1999.[70] P. J. Wiejata, P. M. Shankar, and R. Mutharasan, “Fluorescent sensing using biconical tapers,” Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 96, no. 1-2, pp. 315-320, 2003.[71] K. Waich, T. Mayr, and I. Klimant, “Microsensors for detection of ammonia at ppb-concentration levels,” Measurement Science & Technology, vol. 18, no. 10, pp. 3195-3201, 2007.[72] C. R. Zamarreno, J. Bravo, J. Goicoechea et al., “Response time enhancement of pH sensing films by means of hydrophilic nanostructured coatings,” Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 128, no. 1, pp. 138-144, 2007.[73] Y. Sun and X. Fan, “Analysis of ring resonators for chemical vapor sensor development,” Optics Express, vol. 16, no. 14, pp. 10254-10268, 2008.[74] Y. Sun, S. I. Shopova, G. Frye-Mason et al., “Rapid chemical-vapor sensing using optofluidic ring resonators,” Optics Letters, vol. 33, no. 8, pp. 788-790, 2008.