【摘要】：石英光纖是信息社會(huì)的基礎(chǔ),被廣泛應(yīng)用于光纖通信與光纖傳感領(lǐng)域。但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)光纖已不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求,而且由于芯層材料的本征缺陷,石英光纖存在非線性、瑞利散射、色散、光致?lián)p傷、紫外和中紅外波段不透光等諸多問題。為了適應(yīng)科技的發(fā)展并且避開芯層材料的本征缺陷,研究人員開始探索不同于標(biāo)準(zhǔn)光纖的光纖結(jié)構(gòu),許多微結(jié)構(gòu)光纖不斷被提出并應(yīng)用于激光、傳感、生物和化學(xué)研究中。微流體是指在微米尺度內(nèi)流動(dòng)的氣體或液體,微流體的體積一般在納升至飛升量級(jí)。微流體具有很多不同于宏觀流動(dòng)的特點(diǎn),比如低雷諾數(shù)、多場耦合、低維化、層流等。微結(jié)構(gòu)光纖(微光纖、空芯微結(jié)構(gòu)光纖)因其獨(dú)特的性質(zhì)在微流體研究方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢:一方面,微光纖的倏逝場可以與流體相互作用,通過激發(fā)光學(xué)信號(hào)達(dá)到流體檢測的目的;另一方面,空芯微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔可以作為光和流體的共同通道,既避免了加工微通道所需的復(fù)雜工藝,又可以通過直接延長光纖長度的方法提高光和流體的作用強(qiáng)度。本文主要利用三種不同的微結(jié)構(gòu)光纖(微光纖、空芯微光纖和大孔徑負(fù)曲率空芯光纖)對微流體進(jìn)行了光學(xué)檢測。主要研究成果如下:1.實(shí)驗(yàn)上利用氫氧焰掃火法實(shí)現(xiàn)了空芯微光纖的拉制,在保證光纖直徑在微米以下的同時(shí)保證了較低的傳輸損耗。在拉制標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的裝置基礎(chǔ)上,通過適當(dāng)提高氫氧焰的溫度和兩側(cè)平移臺(tái)的拉伸速度,可以在不通入惰性氣體的條件下拉制空芯微光纖,并保證拉制過程中空氣孔不塌縮。2.利用直徑1 μm的微光纖實(shí)現(xiàn)了懸浮溶液中微粒的選擇性可控操縱,980 nm的激光經(jīng)過可調(diào)比例耦合器后成為兩束相干光,兩束光分別通入微光纖的兩端,通過可調(diào)比例光纖耦合器調(diào)整兩束光的相對大小,從而控制微光纖腰區(qū)位置的散射力合力的大小和方向,微光纖腰區(qū)附近的微粒被梯度力吸引到微光纖表面,同時(shí)在可調(diào)散射力的作用下進(jìn)行可控的定向運(yùn)動(dòng)。3.利用實(shí)驗(yàn)室自制的空芯微光纖對有效探測體積約300 fL的溶液進(jìn)行了熒光檢測。內(nèi)徑數(shù)微米的空芯微光纖在可見光和近紅外波段均可導(dǎo)光。外徑5 μm的空芯微光纖在波長400 nm處的損耗為2.4 dB/mm�？招疚⒐饫w的空氣孔可以作為流體和光的共同通道,被束縛在空氣中的光場直接與液體進(jìn)行相互作用,在提高作用強(qiáng)度的同時(shí)大大降低了流體檢測所需要的樣晶體積。4.利用負(fù)曲率空芯光纖的大孔徑中心孔實(shí)現(xiàn)了流體的快速注入和重金屬離子檢測。利用一種由一圈互不接觸的玻璃管圍繞空氣芯構(gòu)建的反諧振空芯光纖實(shí)現(xiàn)了對水體中Cu2+離子含量的定量檢測。負(fù)曲率空芯光纖的大孔徑空氣孔作為流體和光的共同通道,大大提高了液體的注入速度和樣品的重復(fù)利用率,而且光和樣品的相互作用強(qiáng)度可以通過延長光纖長度直接加強(qiáng)。
【圖文】：

圖１－１不同光子晶體光纖截面的掃描電子顯微鏡照片［１２］逡逑

圖１－２微光纖結(jié)構(gòu)示意圖［３５］逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN253

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本文編號(hào)：2655157