论文部分内容阅读
随着光纤传感技术的飞速发展,光纤传感器因其优异的性能得到了广泛的研究和应用。本课题以光纤传感为研究方向,分别从外界环境的变化检测和物质的鉴别两个角度探讨了光纤传感器的检测性能和影响因素。制备了可用于检测环境变化的AAO(阳极氧化铝)布拉格薄膜光纤折射率传感器和可用于检测物质特征光谱的微纳光纤(氧化硅微结构)吸收光谱探测元件,并分别对它们进行了表征和分析,探讨了实际的检测原理和灵敏度提高方法。光纤折射率测量可对待测参量实现长距离的实时监测,用于环境检测;而吸收光谱作为物质的特征图谱,可应用于物质鉴别、医学检测等。因此对这两种光纤传感器的深入探索,对今后的研究和应用都有着十分重要的意义。本文的主要研究内容如下:1,基于AAO布拉格薄膜的光纤折射率传感器(1)基于布拉格光栅的反射原理,设计了AAO布拉格薄膜的光纤折射率传感器,并从理论分析和实验检测两个方面对该器件的折射传感特性进行研究。与传统的FBG相比,该器件不仅简单小巧、成本低廉、灵敏度高,还能通过改变AAO薄膜的制备工艺来调节器件工作区间(反射中心波长范围)。(2)理论分析了该传感器灵敏度与AAO薄膜孔隙率的关系,采用磷酸对AAO薄膜进行腐蚀扩孔的方法提高其孔隙率,从而提高了该器件的折射率检测灵敏度,并在折射率1.333-1.376 RIU的范围内达到了458.3nm/RIU灵敏度。2,基于微纳光纤的吸收光谱检测(1)实验采用氢气火焰加热对拉的方法,成功的将单模光纤拉制成一系列不同直径的微纳光纤,用PDMS薄膜作为衬底,制备光纤吸收光谱的检测元件,并实现了R6G溶液10-10M的检测极限。(2)从实验和模拟两方面,探究了利用微纳光纤探测器件检测的吸光度值随直径的变化趋势,发现实际检测中,随着直径的减小,吸光度并不是随着消逝场的增大而增大的,而先增大后减小,存在一个最大值,这与微纳光纤表面吸附型消逝场模拟吸收结果相符,说明微纳光纤吸收光谱的检测性能是由表面吸附和消逝场大小共同决定的。(3)探究了长锥区光纤的拉制方法,成功制备了锥区长度增大至原先3倍的微纳光纤。并用这种微纳光纤进行吸收光谱的检测,从增大了吸收检测光程的角度提高了吸光度,将检测的极限浓度从普通长度时的10-10M变为10-11M。