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传感器是人类探知自然,了解自然的工具,应用于生活的各个领域,而随着近几年来光纤的普及,将光纤的特性应用于传感方向的事例越来越多,其中基于气体传感的光纤传感器的应用尤为突出,具体表现为检测H2S,CO,CO2,NH3,SO2等有毒有害气体的灵敏度及其检测限等。而为了避免有毒有害气体对人类生产生活造成严重危害,研制更精确可靠的光纤气体传感器显得至关重要。 通过了解近几年的前沿研究方向可知,研究人员通过熔接特种光纤或使用特殊的熔接技术构造光纤干涉仪,使原始的光源波形通过干涉仪结构变为可搭载外界信息的干涉谱图,从而将干涉谱图的变化与外界信息相联立,并以此对外界信息进行检测。此外,这种光纤干涉仪对折射率、压力、气体等物质信息检测的应用近几年来层出不穷。 层片状二硫化钨是一种二维结构材料,当块状二硫化钨变为二维结构时,电子能带结构由非直接带隙变为直接带隙从而使其光、电等性能发生很大的变化。就目前的研究结果来看二维过渡金属二硫化物具有许多类似甚至优于石墨烯的特性,尤其是在电子器件方面的应用,另外其在晶体管、锂离子电池、传感器和光催化等方面的应用前景也很广阔,被誉为半导体界的“石墨烯”,必将成为未来一段时间研究的焦点。 本文主要研究工作如下: (1)通过使用古河S178A光纤熔接机,研究特种薄芯光纤与普通单模光纤熔接时的最佳参数以及熔接损耗,使纤芯与单模光纤纤芯不匹配的单模光纤成功熔接,构造了纤芯失配型的马赫-曾德尔光纤干涉仪。 (2)对光纤干涉仪进行理论模场分析,并熔接不同长度薄芯光纤,比较其波形变化规律,通过理论分析得到其中恰当长度的光纤干涉仪作为实验用干涉仪。 (3)将片状二硫化钨配制成分散液在去除了涂覆层的薄芯光纤外表面涂覆,分别通过单次煅烧和多次煅烧烘干得到硫化氢气敏原件并对其表征膜厚分别为2.5μm和320nm。 (4)通过稀释的方法配置了不同浓度的硫化氢气体,将不同浓度的硫化氢气体通入气室使其与二硫化钨气敏薄膜充分接触,观察干涉谱的变化对不同浓度的气体的对应关系,单次煅烧以及多次煅烧烘干得到的灵敏度分别为3.47pm/ppm和18.37pm/ppm. (5)在二硫化钨气敏薄膜表面沉积Cu纳米粒子,利用Cu纳米粒子对硫化氢气体的催化吸附作用成功实现对先前硫化氢光纤干涉传感器进行增敏,灵敏度为29.30pm/ppm。 (6)利用第一性原理计算片状二硫化钨对包括硫化氢气体在内的4种气体的吸附能,验证了前面章节中气敏装置对硫化钨气体的特异选择性。