當河道變窄或兩條河水相撞並合併，水流的速度將增加，變得更強。水的流動和光的流動在許多方面是相似的，這激勵了一批來自新加坡南南洋理工大學和內布拉斯加林肯大學的研究人員進行探討光流在波導中是否表現出同樣的特性，波導即可供電磁波在端點之間進行傳輸的一種線性結構。
根據在《應用物理快報》雜誌上的報導，他們通過研究這種光纖微型耦合器的紅外傳感特性進行測試，並建立了一個傳感器，其靈敏度要比常規的基於光纖的生化傳感器的靈敏度高20倍。
通過使用一個技巧性的方法來增加的光學纖維對周圍的環境中的小的折射率的變化的靈敏度，光纖上小濃度的分子上或光纖表面附近的變化可以被檢測到。雖然一般的想法是眾所周知的，這種特殊的方法解決了一個現有的靈敏度問題。
該研究團隊的光學纖維耦合器傳感器的基本概念是「光的幹涉，會沿光纖耦合器進行傳輸，」Lei Wei解釋說，他是南洋理工大學電氣與電子工程學院和工程學院的助理教授。
幹涉是一種常見的自然現象，當光、聲，甚至水波在同一個空間時，就會有可能發生。
「在我們的工作中，當光沿光纖傳播時，兩個不同的光纖傳導模式在耦合器中可被激發，並且幹擾也會發生，」Wei補充說。
基於光學幹涉的傳感器目前被用於包括生物測量領域內的許多應用，並且使用光纖使這些設備非常緊湊和經濟。
「但據報導，目前的大多數光纖生化傳感器的一個缺點是，他們表現出高的靈敏度只有當周圍的折射率(RI)和光纖的折射率(1.44)很接近時才會實現，」魏解釋說。「在實踐中，檢測到的生物分子實際上是製備的水溶液的形式，有一個RI相當接近的水折射率(1.33)，因此，實現高靈敏度的追蹤目標的分析和小分子的檢測是從根本上對於基於光纖傳感器具有挑戰性。
該小組的研究過程中，他們創造了一種光學纖維耦合器傳感器能夠實現超高靈敏度的「低折射率範圍的傳感，在1.33折射率範圍，通過精確設計參數，最小化『偶超模』和『奇超模』群折射率差，」他補充說。
什麼叫做超模?一個典型的光學纖維耦合器是由兩平行，緊密排列的微纖維的兩輸入(P1和P2)和兩個輸出(P3和P4)埠，兩個過渡錐，和中央統一的「腰形」區域。由輸入模式所產生的注入模式場被稱為「超模」，包括奇數和偶數的分布。當奇偶超模沿光纖耦合器傳播，功率的交換和由此產生的幹涉譜可以在輸出端得到。
該小組的實驗結果表明，其傳感器是更敏感的~ 20X比常規光纖生物傳感器。
「由此產生的超靈敏的機制不僅創造了一個廣泛的在化學和生物傳感領域的應用機會，也拓寬了其他的幹涉型光纖傳感器的劇目，甚至聲學傳感器，」魏說。
由於其超高靈敏度，該研究小組的這種是理想的目標物的分析和小分子檢測的選擇。
「它也可以在醫療診斷和環境監測領域實現多種的應用，如癌症和其他疾病的早期檢測，以及在水中的重金屬檢測，」Wei指出。「在不久的將來，我們希望發展成為一個新的傳感平臺，具有超高靈敏度和快速響應時間，且具有可行性、低成本的特點，可實現在醫生的辦公室中的應用。」
該小組的下一步是「使傳感器成陣列，並進一步探討其對癌症生物標誌物的傳感性能，」Wei說。