【摘要】：目前,2微米波段激光在激光醫(yī)療手術上的應用已經十分普遍。相比于其他波段的激光,2微米波段激光具有更為明顯的優(yōu)勢:水分子在2微米波段附近有很強的吸收峰,利用這一特性,組織中的水分可以瞬間吸收該波段激光發(fā)出的能量,產生強烈的汽化切割效應。除此之外,隨著2微米波段低損耗光纖和摻銩光纖放大器的出現(xiàn),該波段也逐漸被應用于光通信領域的研究上。目前該波段激光在傳感領域的應用還相對較少,本文提出將2微米波段激光應用于濕度傳感領域中,可實現(xiàn)對濕度的測量。本文基于水在近紅外2微米波段的強烈吸收峰,研究了該波段濕度環(huán)境下光纖吸收損耗的特性,實驗上驗證了2微米波段的水吸收峰,實現(xiàn)了基于該吸收峰的濕度傳感器。我們首先調研了水在近紅外波段的各個吸收峰位置,分析了每個吸收峰用于濕度測量的可能性,最后確定基于2微米波段進行濕度檢測的可行性。根據(jù)光學系統(tǒng)小型化的發(fā)展趨勢,我們采用微納光纖結構作為2微米激光的介質波導,進行傳感器的制備。然后建立了錐形光纖的基本模型,以倏逝波的原理為基礎,探討了錐形光纖用作濕度傳感器的傳輸特性。此外,還根據(jù)微納光纖環(huán)形諧振腔的結構以及傳播原理,推導了其輸出光譜公式。我們計算了微納光纖環(huán)形諧振腔的自由光譜范圍、品質因數(shù)、條紋精細度以及消光比這四大表征微納光纖環(huán)形諧振腔光譜特性的參數(shù),分析了在不同折射率、不同諧振腔周長以及不同吸收系數(shù)變化條件下,微納光纖環(huán)形諧振腔輸出光譜發(fā)生的變化以及這四大參數(shù)對濕度測量結果的影響。以上為實現(xiàn)濕度的實時測量奠定了理論基礎。隨后本文介紹了錐形光纖和微納光纖環(huán)形諧振腔的制備方法,在滿足制備過程中所需要的實驗條件及環(huán)境要求下,獲得了較為理想的兩種微納光纖傳感器,并且實現(xiàn)了這兩類傳感器表面濕敏材料的零涂覆,簡化了實驗步驟,節(jié)約了材料成本。最后,我們設計并搭建了一套完整的濕度發(fā)生裝置,將上述制備成功的兩種傳感器放置入濕度可調的環(huán)境中,分析了每種濕度傳感器在室溫狀態(tài)下輸出光功率隨相對濕度的變化、某一濕度條件下連續(xù)測量時輸出光功率發(fā)生的變化、長時間測量條件下傳感器的穩(wěn)定性以及傳感器的響應時間。除此之外,實驗測試了兩種傳感器在不同溫度條件下輸出光功率隨濕度的變化,排除了溫度對濕度測量結果的影響。
【圖文】：

圖 1-1 涂有瓊脂糖的錐形光纖示意圖[16]課題組借助不同結構、類型的光纖以及各種檢測的研究。創(chuàng)價大學信息系統(tǒng)科學系提出基于異芯光纖該傳感器是利用長度為 20 mm、纖芯直徑為 50 μm 的多模光纖得到的。其傳感原理是在酸，當傳感器周圍的相對濕度改變時，輸出而變化。該實驗成功測量了在 26.4% RH-92并且在 1310 nm 波長處、50% RH-92.9% RH 19.7% RH-85.5% RH-19.7% RH 的快速轉化 5.8 s。

圖 1-1 涂有瓊脂糖的錐形光纖示意圖[16]各實驗課題組借助不同結構、類型的光纖以及各種濕敏對濕度檢測的研究。，日本創(chuàng)價大學信息系統(tǒng)科學系提出基于異芯光纖的濕[17]。該傳感器是利用長度為 20 mm、纖芯直徑為 3.1 μ芯徑為 50 μm 的多模光纖得到的。其傳感原理是在光纖聚賴氨酸，當傳感器周圍的相對濕度改變時，，輸出光強的變化而變化。該實驗成功測量了在 26.4% RH-92.9% R變化；并且在 1310 nm 波長處、50% RH-92.9% RH 范圍化。在 19.7% RH-85.5% RH-19.7% RH 的快速轉化過程6.1 s 和 5.8 s。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN24

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1 王金寶;谷文;張s

本文編號：2612085