本文關(guān)鍵詞：基于量子點薄膜和光子晶體光纖的溫度傳感器特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：溫度傳感器大范圍應(yīng)用于日常生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航空航天等許多領(lǐng)域。常見的溫度傳感器主要包括:熱電偶、熱電阻和紅外傳感器等。雖然這些溫度傳感器價格低廉、結(jié)構(gòu)簡易、技術(shù)成熟,但是因為主要采取電流感應(yīng)的方式,存在一定的安全隱患,不符合許多高危領(lǐng)域的要求。而量子點薄膜和摻量子點光子晶體光纖,通過利用量子點光致發(fā)光譜的峰值波長、峰值強(qiáng)度和半高全寬等多光學(xué)參量的溫變效應(yīng),可進(jìn)行同時測溫。因此,本論文研究的基于量子點薄膜和光子晶體光纖的溫度傳感器具有抗電磁干擾,測溫準(zhǔn)確度高、分辨率高、動態(tài)響應(yīng)好和測量范圍廣等優(yōu)點,可用于極端條件下的溫度測量,具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。本文的具體研究內(nèi)容如下:(1)基于有限元法,首次設(shè)計了一種含Cd Se/ZnS量子點薄膜結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖,分析了具有CdSe/ZnS量子點薄膜光子晶體光纖的色散及損耗特性。結(jié)果表明,含CdSe/ZnS量子點薄膜結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖在x和y方向均存在基模。當(dāng)泵浦光波長逐漸增加時,對于具有CdSe/ZnS量子點薄膜的光子晶體光纖,x和y方向的總色散先增大后減小且存在兩個零色散點,損耗逐漸增大并在可見光波段趨近于零。后采用選擇性鍍膜方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,發(fā)現(xiàn)可以大大減少限制損耗。這說明在實驗中通過摻雜cdse/zns量子點薄膜和選擇合適的泵浦光波長,可有效控制光子晶體光纖的色散和損耗。(2)根據(jù)cdse/zns核殼量子點光致發(fā)光譜的三個光學(xué)參量—峰值波長、峰值強(qiáng)度和半高全寬—與溫度變化之間的相關(guān)理論,結(jié)合光子晶體光纖的優(yōu)點,設(shè)計了一種基于量子點光子晶體光纖的多參量熒光溫度傳感器,研究了摻cdse/zns量子點光子晶體光纖的光致發(fā)光譜(photoluminescence,pl)的峰值強(qiáng)度、峰值波長、量子點帶隙、半高全寬和自參考光譜強(qiáng)度等多種參量的溫變特性。實驗結(jié)果表明,在30-100°c溫度變化范圍內(nèi),摻cdse/zns量子點光子晶體光纖的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨著溫度的增加而逐漸減小,而pl譜的峰值波長和半高全寬隨著溫度的增加而增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),量子點pcf光纖發(fā)射的pl譜峰值波長、自參考光譜強(qiáng)度和量子點帶隙與溫度均成線性變化關(guān)系,但它的半高全寬與溫度成二次曲線關(guān)系,峰值強(qiáng)度與溫度按指數(shù)規(guī)律變化,所得到的測量結(jié)果與理論分析相一致。最后根據(jù)峰值波長隨溫度升高產(chǎn)生的紅移量,通過擬合得到的摻量子點pcf光纖溫度傳感器靈敏度達(dá)到0.062nm/°c。(3)設(shè)計并開發(fā)了一種基于雙粒度cdse/zns摻雜量子點薄膜的反射式熒光溫度傳感器,該傳感器以發(fā)射波長分別為540nm和610nm的雙粒度cdse/zns摻雜量子點薄膜為核心器件,并以嵌入反射式傳感頭形式搭建了一整套薄膜型溫度傳感系統(tǒng)。采用分析摻cdse/zns量子點光子晶體光纖發(fā)射譜溫變特性的方法,研究了雙粒度CdSe/ZnS量子點薄膜光致發(fā)光光譜的光譜強(qiáng)度、峰值波長、量子點帶隙、半高全寬、峰值強(qiáng)度、自參考峰值強(qiáng)度等多種參量的溫變特性。實驗結(jié)果顯示,利用雙粒度Cd Se/ZnS摻雜量子點薄膜,可以獲得了包含雙峰的帶寬為約150nm的寬帶光譜。當(dāng)溫度在30-100℃的范圍內(nèi)變化時,該寬帶熒光光譜強(qiáng)度也隨著溫度的增加而逐漸減小;雙峰的峰值波長、量子點帶隙和自參考峰值強(qiáng)度與溫度之間也滿足線性變化,半高全和峰值強(qiáng)度的溫度變化特性與量子點PCF光纖發(fā)射譜的溫度變化方式類似;另外證明了雙峰自參考光譜強(qiáng)度在升溫與降溫的過程中具有較好的穩(wěn)定性;該溫度傳感器的平均靈敏度最后達(dá)到0.055 nm/℃。
【關(guān)鍵詞】：CdSe/ZnS量子點 光子晶體光纖 溫度傳感器 峰值強(qiáng)度 峰值波長 半高全寬
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253;TP212.11
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 量子點溫度傳感器研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 量子點概述13-18
• 1.3.1 量子點定義13-14
• 1.3.2 量子點的類型和結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.2.1 量子點的類型14
• 1.3.2.2 量子點的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.3 量子效應(yīng)15-16
• 1.3.3.1 量子尺寸效應(yīng)15
• 1.3.3.2 表面效應(yīng)15-16
• 1.3.3.3 宏觀量子隧道效應(yīng)16
• 1.3.3.4 庫倫阻塞效應(yīng)16
• 1.3.4 量子點的應(yīng)用16-18
• 1.3.4.1 量子點顯示技術(shù)16-17
• 1.3.4.2 量子點熒光標(biāo)記技術(shù)17
• 1.3.4.3 量子點太陽能電池技術(shù)17-18
• 1.4 本文的研究內(nèi)容18-20
• 第二章 量子點的發(fā)光原理20-24
• 2.1 量子點中的電子能級躍遷20-21
• 2.2 激子態(tài)發(fā)光21
• 2.3 表面態(tài)發(fā)光21-22
• 2.4 雜質(zhì)能級發(fā)光22
• 2.5 量子點發(fā)光和激發(fā)光功率的關(guān)系22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 量子點發(fā)射譜的溫變效應(yīng)理論研究24-29
• 3.1 量子點發(fā)射譜峰值波長與溫度變化之間的關(guān)系24-26
• 3.2 量子點發(fā)射譜峰值強(qiáng)度與溫度變化之間的關(guān)系26-28
• 3.3 量子點發(fā)射譜半高全寬與溫度變化之間的關(guān)系28
• 3.4 本章小結(jié)28-29
• 第四章 摻CdSe/ZnS量子點光子晶體光纖的設(shè)計及其特性分析29-44
• 4.1 光子晶體光纖簡介29-30
• 4.2 有限元法理論30-31
• 4.3 量子點光子晶體光纖的色散和損耗分析31-40
• 4.3.1 具有CdSe/ZnS量子點薄膜光子晶體光纖的設(shè)計31-33
• 4.3.2 色散與損耗特性分析33-40
• 4.3.2.1 色散與損耗的理論簡介33-34
• 4.3.2.2 具有量子點薄膜厚度的PCF色散與損耗特性分析34-37
• 4.3.2.3 改進(jìn)與優(yōu)化37-40
• 4.4 光子晶體光纖圖像處理40-42
• 4.5 本章小結(jié)42-44
• 第五章 基于摻CdSe/ZnS量子點光子晶體光纖的熒光溫度傳感特性研究44-55
• 5.1 量子點光子晶體光纖的制備44-46
• 5.1.1 CdSe/ZnS量子點的選取44-45
• 5.1.2 光子晶體光纖的選取45
• 5.1.3 量子點光子晶體光纖的制備過程45-46
• 5.2 量子點光子晶體光纖溫度傳感實驗及分析46-54
• 5.2.1 基于量子點光子晶體光纖的多參量熒光溫度傳感器實驗搭建46-48
• 5.2.2 量子點光子晶體光纖溫度傳感器實驗結(jié)果分析48-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 第六章 基于雙粒度CdSe/ZnS摻雜量子點薄膜的熒光溫度傳感特性研究55-62
• 6.1 量子點薄膜的制備和量子點傳感頭的設(shè)計55-56
• 6.2 量子點薄膜的溫度傳感實驗及分析56-61
• 6.2.1 量子點薄膜的溫度傳感實驗56-57
• 6.2.2 量子點薄膜的溫度傳感實驗結(jié)果與分析57-61
• 6.3 本章小結(jié)61-62
• 第七章 結(jié)論與展望62-64
• 7.1 結(jié)論62-63
• 7.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-69
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果69

【相似文獻(xiàn)】

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1 雷達(dá);沈永濤;馮奕鈺;封偉;;量子點能帶寬調(diào)控研究新進(jìn)展[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2012年05期

2 宋凱;;量子點閃光的風(fēng)采[J];百科知識;2010年06期

3 袁曉利,施毅,楊紅官,卜惠明,吳軍,趙波,張榮,鄭有p

本文編號：309940