用于流体环境中基于氮空位集合体的内窥镜的锥形超高数值孔径光纤尖端

摘要： 在多模光纤(MMF)顶端固定含有高密度氮空位(NV)色心集合体的金刚石，拓展了基于NV的内窥镜传感器应用。采用锥形多模光纤(MMF-taper)替代常规MMF后，不仅提升了金刚石的荧光(FL)收集效率，还实现了高空间分辨率的NV基内窥镜。MMF-taper的高效FL收集源于其锥形区域因二氧化硅折射率(RI)高于周围空气而产生的多重内反射。然而对于流体环境RI接近或高于二氧化硅的应用场景，MMF-taper的FL收集能力会显著下降。为此，我们提出锥形超高数值孔径微结构光纤(MOF)的创新方案——通过密封其锥形末端的空气毛细管。由于沿锥形MOF(MOF-taper)末端密封的空气毛细管将光纤芯与周围介质隔离，该光纤芯在任意RI值的液体中均能保持高效FL收集和NV激发性能。用MOF-taper替代MMF-taper将实现多功能NV基内窥镜，有望广泛应用于存在大量生物过程与化学反应的流体环境。