【摘要】：近年來,科研人員利用各種鍍膜涂覆技術(shù)將不同材料形成的膜與光纖光柵結(jié)合,在光纖光柵的包層上涂覆一層均勻?qū)ΨQ或者周期性變化非對稱的薄膜來改變光纖光柵的傳輸特性以便制作新型的光纖傳感器。針對不同場合,人們在光纖光柵上涂覆介質(zhì)膜、金屬膜和納米材料膜制作出了不同類型靈敏度高、穩(wěn)定性好的傳感器,在光纖通信與傳感領(lǐng)域大顯身手。而在光纖光柵上涂覆納米材料膜已經(jīng)成為現(xiàn)階段的研究熱點。石墨烯量子點(GQDs)是石墨烯尺寸小10nm時形成的準(zhǔn)零維碳納米材料,不僅具有石墨烯的最快導(dǎo)電速度、大的比表面積、最強導(dǎo)熱能力、最大力學(xué)強度還具有量子點所擁有的較高的吸光和發(fā)光效率、獨特的、可調(diào)諧的光學(xué)特性以及毒性低、安全環(huán)保等優(yōu)點。雖然有關(guān)光纖光柵上涂覆石墨烯、碳納米管的研究已有不少,但對光纖光柵上涂覆石墨烯量子點的研究未見到相關(guān)報道。由于石墨烯量子點(GQDs)具有與石墨烯、碳納米管相比獨特的光學(xué)物理特性,因此將石墨烯量子點涂覆在光纖光柵上,其光譜會表現(xiàn)出特別的變化。本論文通過理論與實驗相結(jié)合的方法,對石墨烯量子點(GQDs)涂覆光纖光柵后的光譜進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:第一章,綜述了涂覆光纖光柵的原理以及國內(nèi)外研究狀況,同時對光纖光柵、石墨烯量子點(GQDs)的相關(guān)知識做了必要的介紹。第二章,從光纖理論著手,過渡到光纖光柵理論以及傳感理論,并對光柵參量進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析并用MATLAB軟件計算驗證。第三章,詳述涂覆光纖光柵原理,并重點研究了石墨烯量子點(GQDs)的光電特性、吸附特性。并對包層各向異性晶體光纖光柵模型和包層腐蝕型光纖光柵進(jìn)行了分析,同時運用MATLAB、OPtiGratting與Rsoft光學(xué)軟件綜合對此仿真分析。第四章,在實驗準(zhǔn)備階段得到腐蝕包層后的光纖光柵,同時制備了石墨烯量子點(GQDs)的涂覆液,最后對石墨烯量子點(GQDs)涂覆光纖光柵后的光譜進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其反射率先變小再升高,同時中心波長一直紅移。并提出利用GQDs-FBG制成濕度傳感器進(jìn)行研究。這為制作新型的光纖光柵傳感器做了初步的探索。
[Abstract]:In recent years, researchers have made use of various coating techniques to combine films formed from different materials with fiber gratings. A uniform symmetrical or periodically varying asymmetric film is coated on the cladding of the fiber grating to change the transmission characteristics of the fiber grating in order to fabricate a new type of fiber optic sensor. Different types of sensors with high sensitivity and good stability have been fabricated by coating dielectric film metal film and nanomaterial film on fiber Bragg gratings in different situations. They are widely used in the field of optical fiber communication and sensing. It has become a research focus at present to coating nano-material film on fiber gratings. Graphene quantum dot (GQDs) is a quasi zero dimensional carbon nanomaterial formed when graphene size is small 10nm. It not only has the fastest conductive speed of graphene, but also has large specific surface area and the strongest thermal conductivity. The maximum mechanical strength also has the advantages of high absorptivity and luminescence efficiency, unique and tunable optical properties, low toxicity, safety and environmental protection of quantum dots. Although there have been a lot of studies on fiber gratings coated with graphene and carbon nanotubes, there are no reports on the study of fiber gratings coated with graphene quantum dots. Because graphene quantum dots (GQDs) have unique optical and physical properties compared with graphene and carbon nanotubes, the spectrum of graphene quantum dots coated on fiber gratings will exhibit special changes. In this paper, the spectrum of graphene quantum dots (GQDs) coated with fiber grating is studied by combining theory and experiment. The main research contents are as follows: in chapter 1, the principle of coated fiber grating and the research status at home and abroad are summarized. At the same time, the related knowledge of fiber grating and graphene quantum dot (GQDs) is introduced. In the second chapter, from the fiber theory to the fiber grating theory and sensing theory, the grating parameters are studied and analyzed in detail and verified by MATLAB software. In chapter 3, the principle of coated fiber gratings is described in detail, and the photoelectric and adsorption properties of graphene quantum dots (GQDs) are studied. The model of cladding anisotropic crystal fiber grating and the cladding corrosion type fiber grating are analyzed, and the simulation results are analyzed by MATLAB Optigrting and Rsoft optical software. In chapter 4, the etching coated fiber gratings are obtained in the experimental preparation stage, and the coating solution of graphene quantum dots (GQDs) is prepared at the same time. Finally, the spectrum of graphene quantum dots (GQDs) coated with fiber gratings is studied. It is found that the reflection becomes smaller and higher, and the center wavelength is always redshift. A humidity sensor based on GQDs-FBG is proposed. This is a preliminary exploration for the fabrication of new fiber Bragg grating sensors.
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN25

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2143878