本文關鍵詞：基于倏逝場的塑料光纖液體折射率傳感技術研究

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【摘要】：折射率是一個基本的光學參量,折射率的測量在化學、生物、環(huán)境監(jiān)測以及食品安全領域都有著重要的應用。光纖折射率傳感器以其體積小、重量輕、抗電磁干擾、耐腐蝕、可遠程操作等諸多優(yōu)點而倍受青睞。而塑料光纖憑借其數(shù)值孔徑大、彈性應變范圍高、柔韌性好、成本低以及易于加工等特點更適合應用于折射率傳感器中,因此塑料光纖折射率傳感技術的研究具有重要意義。本論文首先介紹了塑料光纖的基本參數(shù)以及光纖的模式理論,并以LP01模和LP11模電場為例,利用MATLAB軟件對模式場的特征方程進行了數(shù)值計算,并仿真了不同歸一化頻率V下的模式場分布。詳細研究了倏逝場理論以及基于倏逝場效應的光纖傳感原理。自制實現(xiàn)了一臺可編程控制的光纖拉錐機,利用它拉制出多種錐區(qū)形狀的錐型光纖。作為對比,利用輪式側拋磨方法制作出了D型光纖傳感頭。分別實驗實現(xiàn)了錐型和D型這兩種傳感頭的塑料光纖液體折射率傳感器。為了進一步提高傳感器的靈敏度,我們還優(yōu)化研究了改變錐區(qū)數(shù)量和改變D型光纖傳感頭的深度及曲率半徑等情況下的傳感器表現(xiàn),主要實驗結果如下：(1)基于錐型塑料光纖的折射率傳感器：由于錐型區(qū)域的存在,傳輸光功率會隨著外界環(huán)境折射率的增加而減小,用三個波長(532nm,633nm和780nm)的光進行實驗,實驗結果表明633nm為最佳波長,因為在此波段傳感器具有最高的靈敏度。進一步的研究表明,當錐型區(qū)域的直徑變小,其傳感器的線性度會增加,這對傳感器靈敏度也有一定的改善。若使用雙錐型結構的塑料光纖,則傳感器的靈敏度和線性度會更好,發(fā)射功率為1mw的雙錐型結構傳感器其靈敏度可達955μw/RIU。(2)基于D型塑料光纖的折射率傳感器：當外界環(huán)境的折射率從1.33～1.44之間變化時測量光的傳輸損耗,結果表明傳輸損耗和折射率呈現(xiàn)出一個良好的線性關系。用四種不同凹槽深度的D型光纖傳感頭來進行實驗,我們得到當D型光纖凹槽深度為500μm時,其傳感器靈敏度最高。用不同彎曲程度的光纖傳感頭來進行實驗,我們得到當D型光纖彎曲的曲率半徑越小,其傳感器靈敏度越高。因此,為了提高傳感器靈敏度和線性度,對于錐型塑料光纖折射率傳感器我們可以同時適當減小錐區(qū)直徑和增加錐型區(qū)域的數(shù)量；對于D型塑料光纖折射率傳感器,我們可以通過改變D型凹槽的深度和光纖傳感頭的曲率半徑,使傳感器靈敏度得到最優(yōu)化。
【關鍵詞】：塑料光纖 倏逝場 折射率傳感器 錐型光纖 D型光纖
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 光纖傳感器概述12-13
• 1.2 光纖折射率傳感器研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 塑料光纖的優(yōu)勢14-15
• 1.4 塑料光纖的應用現(xiàn)狀15-18
• 1.5 論文的主要內容及結構18-20
• 第二章 塑料光纖的基本參數(shù)及模式分析20-31
• 2.1 塑料光纖的結構20
• 2.2 塑料光纖的基本特性參數(shù)20-24
• 2.2.1 折射率分布20-21
• 2.2.2 數(shù)值孔徑21-22
• 2.2.3 光纖損耗22-24
• 2.3 光纖的模式分析24-30
• 2.3.1 光纖傳輸模式24-26
• 2.3.2 單模光纖的特征方程數(shù)值解26-28
• 2.3.3 多模光纖的模場分布28-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第三章 基于倏逝場效應的光纖傳感理論研究31-42
• 3.1 倏逝場效應31-35
• 3.1.1 倏逝場的理論研究31-33
• 3.1.2 基于倏逝場效應的光纖傳感原理33-35
• 3.2 錐型光纖傳感理論研究35-40
• 3.2.1 錐型光纖35-36
• 3.2.2 錐型光纖折射率傳感器的傳感原理36-40
• 3.3 D型光纖傳感理論研究40-41
• 3.3.1 D型光纖40
• 3.3.2 D型光纖折射率傳感器的傳感原理40-41
• 3.4 本章小結41-42
• 第四章 塑料光纖折射率傳感技術的實驗研究42-61
• 4.1 基于倏逝場效應的光纖傳感探頭的制作42-49
• 4.1.1 實驗材料42
• 4.1.2 錐型塑料光纖的制作42-47
• 4.1.3 D型塑料光纖的制作47-49
• 4.2 錐型塑料光纖傳感器的實驗研究49-54
• 4.2.1 實驗裝置及說明49-50
• 4.2.2 實驗結果與討論50-54
• 4.3 D型塑料光纖傳感器的實驗研究54-59
• 4.3.1 實驗裝置及說明54-55
• 4.3.2 實驗結果與討論55-59
• 4.4 本章小結59-61
• 第五章 總結與展望61-63
• 5.1 總結61
• 5.2 未解決的問題及工作展望61-63
• 參考文獻63-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士研究生期間研究成果69-70
• 附表70

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

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本文編號：723321