渐逝场型光纤氢气传感器研究与实验

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渐逝场型光纤氢气传感器的研究是一个多学科高度交叉的研究领域。其中涉及了氢敏感膜的研究及其生长工艺、光在光波导的传输模式分析、光纤中渐逝场的能量分析、光学表面等离子共振技术、氢气传感器的检测技术等。渐逝场型光纤氢气传感器是一款工艺要求非常高,灵敏度高,稳定性强,可以进行复用的新颖的光学氢气传感器。本论文主要围绕实现渐逝场型光纤氢气传感器,开展了以下一些相关的技术性研究:钯的氢敏感原理、表面等离子共振原理、稳定化光源的研究、拉锥型光纤和腐蚀型光纤的制作、薄膜的生长、传感头的封装和传感系统的实验及结果分析。研究并提出了一种基于渐逝场原理的光纤氢气传感器结构,数值计算表明当Pd膜的厚度在10nm~30nm的时候,渐逝场能量损耗为80%左右,传感器在氢气浓度在0~4%的范围内都具有比较高的灵敏度;提出了采用拉锥法和腐蚀法两种增大渐逝场的方式;研究了光在光纤中的传播特性,渐逝场的能量分布特性;分析了拉锥光纤的几何传输特性;分析了渐逝场特性与Pd膜光学常数之间的研究;设计了一种具有参考光比较的差分结果输出系统,确保了输出结果的稳定性和准确性;实验了通过熔融拉锥机得到拉锥型光纤的基本方法和参数;制定了单根光纤的腐蚀以及封装工艺;研究了磁控溅射镀膜的原理和工艺流程;在独立设计的氢气定标环境中对传感器的参数进行了研究和分析。本文还设计了一套光纤腐蚀用夹具、光纤封装加热夹具和一套光纤溅射镀膜实验夹具;设计并制作了一套具有防潮、抗震和抗腐蚀功效的光纤传感头封装装置;设计了一套由激光器、反应混合气室、光功率计、质子流量计和流量控制器等组成的氢气定标实验装置并对实验数据进行了分析与处理。
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